热动毕业设计说明书212页

1、；本设计采用了闭式强制循环冷却系统，取； Ta1散热器冷却空气进口温度，一般取左右，此次设计的产 品主要用于恶劣的甚至高温的环境中，根据近年全国的气温 在本设计中取； 散热器冷却水进出口温度差，一般选取，本设计中选取； 散热器冷却空气进出口温度差，一般选取，本设计中选取；计算得：3.4.2 散热器散热总面积 由于通过散热器的冷却水和冷却空气流速都不可能均匀；而且散热器散热表面会附着上油污，蒙上尘土，或是部分散热面损坏，这些都会降低散热器的散热性能，所以实际选取散热器面积F0时，要比计算结果大些，一般选取 (3-18)式中 储备系数，通常取值；本设计中取。可得3.4.3 单根散热管芯表面积如图3

2、-2所示为散热管芯单侧的示意图。由图可知，单根散热管芯表面积是由散热翅片外侧表面积S1，散热翅片内侧表面积S2（翅片与铜管焊接部分可忽略不计），散热管外侧扁平面未焊接部分的面积S3和散热管外侧圆弧面的面积S4之和。3.4.3.1 单元体数目n 为了方便计算，我把翅片两个波谷点之间的一段设为一个单元体，那么一条翅片所含有的单元体数目为： （3-19）式中 散热器芯部高度，由式3-5知； 一个单元体的波长，；式中 翅片间距，由附表1得知。3.4.3.2 单根散热翅片外侧表面积S1一个单元体的外侧表面积：散热翅片外侧表面积：3.4.3.3 单根散热翅片内侧表面积S2一个单元体的内侧表面积：散热翅片内

3、侧表面积：3.4.3.4 单根散热管外侧扁平面未焊接部分的面积S3一个单元体内未焊接部分的面积：散热管外侧扁平面未焊接部分的面积3.4.3.5 散热管外侧圆弧面的面积S43.4.3.6 单根散热管芯表面积S3.5 校核计算3.5.1 校核散热管数管芯式散热器实际需要散热管数等于估算散热总面积与单根散热管芯表面积之比；故实际需要管数： (3-20)3.5.2 散热器实际散热面积 确定管数和每根管芯的散热表面积后就可精确计算出散热器实际散热面积，固有 (3-21)代入数据得3.6 结构优化设计 为了使设计的管芯式散热器在结构上更加合理紧凑，本设计运用计算机模拟软件对散热器结构进行了优化。 在设计过

4、程中，影响散热器芯部面积的因素有散热量、冷却水流速、冷却水进出口温度差、空气侧流速、空气侧进出口温度差、储备系数等，在此次设计中，在给定散热量的前提下，要想改变散热器芯部面积就需要调整其它因素，在软件优化过程中，如果将全部因素都当做变量来处理，将大大增加编程难度，超出了我的能力范围，也没有足够的时间去深究，故此次结构优化中，将对散热器芯部正面积变化影响小的因素作为定量处理，仅将对散热器芯部影响较大的几个因素作为变量来优化，编程中将管内冷却水流速、冷却空气流速、储备系数三者作为自变量，优化目标是在两散热管芯安装不干涉的情况下尽量使散热器芯部面积取得最小值。3.6.1 MATLAB简介 MATLA

5、B是一款编程简单、编程效率高、容易学习的科学软件，是从事众多工业、科研领域的必备工具。1984年，MATLAB诞生于MathWorks公司，当时主要用于矩阵运算，后来随着科技的发展进步，MATLAB已广泛应用于数字信号处理、科学可视化和系统仿真等方面。 本设计中主要用该软件进行数字信号处理，最终使散热器结构性能得到优化。3.6.2 设计程序设计程序如下：Qw=150870;ra=1.01;Cv=1047;for data=10:1:30for Vw=0.6:0.01:0.8 for va=8:0.01:12 for b=1.1:0.01:1.25Va=Qw/(data*ra*Cv);i=0.0

6、036/(Vw*4.45e-5);t1=ceil(i);FR=Va/va;h=sqrt(FR);Re1=Vw*4.92e-3/0.326e-6;Pr1=1.94;Nu1=0.031*(Re10.77)*(Pr10.33);ha=Nu1*0.68/4.92e-3;Re2=va*2.22e-3/18.46e-6;Pr2=0.7;Nu2=0.56*(Re20.39)*(Pr20.4);hw=Nu2*0.0287/2.22e-3;KR=1/(1/ha+1/5.3e5+1/hw);F=Qw/(KR*35);F0=b*F;S=2*(h/3e-3)*(5.0456e-4+4.02596e-4+17.81e-

7、6)+h*6.751e-6);i0=F0/S;t2=ceil(i0);t3=ceil(3000*h/t2); end endend if t1=t2&t322 break endend3.6.3 处理结果 通过多次循环，在多组数据中选了一组最可行的数据。然后通过自己将处理好的数据整理出来，方便后面的设计。3.6.3.1 计算机处理结果 通过多次修改程序后循环运行下，最终得到了如下较为满意的结果：3.6.3.2 整理数据(1) 冷却系统散出的热量 (2) 冷却水循环量 (3) 冷却空气需要量 (4) 水侧雷诺数 (5) 水侧换热系数 (6) 空气侧的雷诺数 (7) 空气侧换热系数 (8) 散热器

8、传热系数 (9) 估算散热器表面积 (10)设计散热器表面积 (11)单根散热管芯表面积 (12)估算散热管数 (13)实际散热管数 (14)实际散热器表面积 (15)空气流速 (16)水流速度 =0.8(m/s)(17)储备系数 (18)空气进出口温度差 (19)水侧努契儿准则数 (20)空气侧努契儿准则数 3.6.4 比较分析通过计算机软件MATLAB优化处理，散热器在满足散热性能的情况下，在结构上得到了优化，节约了原材料，降低了成本，使设计出的散热器达到了理想状态。3.6.4.1 面积 在面积上单就散热器芯部正面积比原来缩小了3.6.4.2 高度 单就散热器芯部高度比原来减小了3.7 二

9、次校核 由于经过结构优化设计以后，散热器原有数据大都发生了改变，为了争取设计的准确性和可行性，对管数和散热面积重新进行校核。3.7.1 实际散热管芯数3.7.2 实际散热表面积3.7.3 传热系数校核3.7.3.1 翅片效率 由于本次设计中采用的散热翅片是由纯铜制成，其厚度极薄，仅为0.2mm厚度，相对于翅片的高度和沿气流方向长度来说要小许多，而且铜C15710的导热系数大，所以完全可以忽略翅片两端面的散热量；故翅片效率为： （3-22）式中 m结构系数，在散热器的实际结构设计中，如果忽略气体侧很小的污垢系数时，m可由下式计算求得： H翅片高度，查表得H=6mm；式中 翅片导热系数，由参考文献

10、查得； 空气侧对流换热系数，从整理后的数据查。计算3.7.3.2 传热系数表达式 假使按照刚出厂的管芯式散热器处理，即按理想状态处理，那么在设计中就可忽略散热管两侧污垢的传热热阻，就可将传热系数表达式写为： （3-23）式中 水侧对流换热系数； 空气侧对流换热系数； 单管水侧传热面积， ； 单管空气侧传热面积，； 单管空气侧光滑壁面部分的面积，； 单管空气侧翅片部分的面积，； 水管壁导热系数，铜C15710的导热系数，查参考文献得； 水管壁厚，散热管壁厚，由附表一查得； 翅片效率；由式（3-22）得； 根据散热器水管数据确定，；式中 单根水管壁扁平部分的面积， ； 单根水管壁圆环部分的对数平均

11、面积， ；计算把以上数据代入传热系数表达式=90.13.7.4 校核实际散热量 （3-24）代入数据得因为，其中为初始值， 为优化结果。由于所以设计结果满足国家行业设计标准，故设计的产品合格。3.8 流动阻力计算一切流体都具有黏性，黏性是流体的一种固有的物理属性，在运动状态下，这种物理属性就会显现出来。当流体介质流经物体表面时，会由于这种黏性而产生较大摩擦阻力，此为由于流速，也会产生压差阻力，这些阻力都会消耗流体的一部分能量，所以为了设计结果的可行性和准确性，需对其进行阻力计算。3.8.1 空气流动阻力 流体通过散热器时，会受到摩擦阻力和压差阻力，由于目前还没有流体绕流管芯式散热器方面的传热经

12、验公式，故引用参考文献中依据实验得来的公式，管芯式散热器中空气流过散热器芯部时的阻力系数的准则方程为： （3-25） 在此次设计中，散热管带采用了三排错列布置，故 空气流过散热器芯部的压力损失为 (3-26)式中 最小自由流通截面积与来流迎面面积之比； 最小自由流通面积，来流迎面面积，；kc进口压力损失系数,可由文献查得；ke出口压力损失系数,可由文献查得；芯部的摩擦阻力系数；u管间流速；d0水管的外径，此处取水管的当量直径，；其中、可从附表一种查得。注： 下标“1” “2”分别表示进、出口，“m”表示进出口算术平均值； 查附表得，； 。把数据代入(3-27)式得： =6862.9(Pa)3.8.2 水流阻力 冷却水流过散热器管道时，会由于流体自身的粘性而阻碍流体运动，冷却水克服因粘性产生的内部切应力以及管壁的摩擦阻力而会造成部分能量损失，能量损失的大小通常用压力损失表示，压力损失的大小可以由阻力系数反应。3.8.2.1 沿程阻力损失 在强制循环冷却系统中，水在管中的运动属于受迫运动，又有水的雷诺数，处于紊流区，所以冷却水在管中流动时，出了克服粘性阻力，还存在流体内部质点相互碰撞造成的惯性阻力。所以水在散热水管中流动时的沿程阻力可用下式求得： (3-27)式中 水流的沿程阻力系数，； 冷却水密度，查附表四知； 冷却水流动速度，和前面取相同值； 散热器芯部厚度，查附表一