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汽车散热器流场特性CFD数值模拟与分析
摘要
本文针对汽车散热器流场特性进行了CFD数值模拟与分析。首先，建立了汽车散热器的三维模型，使用FLUENT软件对其内部流场进行模拟，得到了温度分布、流速分布、压力分布等数据，分析了其流场特性。结果表明，汽车散热器内部流场呈现出较复杂的流动状态，温度分布不均匀，速度分布和压力分布随着进口风速的增加而逐渐变化。本研究对提高汽车散热效率具有一定的参考意义。
关键词：汽车散热器；CFD数值模拟；流场特性；分析
Abstract
ThispaperpresentsaCFDnumericalsimulationandanalysisoftheflowcharacteristicsofautomotiveradiators.Firstly,athree-dimensionalmodeloftheautomotiveradiatorwasestablished,andtheinternalflowfieldwassimulatedusingFLUENTsoftware,andtemperaturedistribution,flowvelocitydistribution,pressuredistributionandotherdatawereobtainedtoanalyzetheflowcharacteristics.Theresultsshowthattheinternalflowfieldoftheautomotiveradiatorpresentsamorecomplexflowstate,thetemperaturedistributionisuneven,andthevelocitydistributionandpressuredistributiongraduallychangewiththeincreasingoftheinletwindspeed.Thisstudyhascertainreferencesignificanceforimprovingtheheatdissipationefficiencyofautomotiveradiators.
Keywords:automobileradiator;CFDnumericalsimulation;flowcharacteristics;analysis
1.引言
汽车散热器是汽车发动机系列零部件之一，主要用于协助散热，保证发动机温度在正常范围内运转，提高其使用寿命，保障汽车行驶的安全和可靠性。自行车、摩托车和汽车等都需要进行散热管冷却，而散热器的规格和细节对于发动机性能有着重要的影响。散热器流场是影响其散热效率的重要因素之一，故需要进行CFD数值模拟分析。
2.汽车散热器流场模拟基础
在CFD数值模拟中，根据液体和气体介质对物质的运动规律和物理学原理的描述建立数学模型，并利用化学、热力学等分析工具来处理相应的过程。通过数值模拟得到的瞬时和平均的流场数据，可以更加深入地分析瞬态和时间平均下的流场特性，并进行定量的参数评价。
3.汽车散热器流场数值模拟与结果分析
3.1汽车散热器三维模型建立
在实际的工程应用中，通常会采用CAD软件模型对汽车散热器进行三维建模。本文采用SOLIDWORKS软件完成汽车散热器的三维模型建立，如图1所示。
图1汽车散热器三维模型
3.2CFD数值模拟参数设置
在进行CFD数值模拟前，需要对流场计算所需的各个参数进行设置。本文采用了FLUENT软件，并采用双精度计算方式。如表1所示，给出了汽车散热器CFD数值模拟所需的各个参数。
表1汽车散热器CFD数值模拟参数
参数名称参数值
计算几何模型三维模型
计算网格形式六面体网格
离散格式控制体积法
流体介质空气
流体温度（初始）20℃
湍流模型k-epsilon
边界条件入口风速温度；仿真初期正常气流运动
3.3流场模拟结果分析
本文采用FLUENT软件对汽车散热器内部流场进行数值模拟，并得到了其温度分布、流速分布、压力分布等数据。如图2所示，给出了不同进口风速下的散热器内部温度分布情况。
图2汽车散热器温度分布图
从图2中可以看出，散热器内部温度分布较为不均匀，热区主要分布在进口风口一侧，出口风口一侧温度较低。当进口风速较小的时候，温度分布较为均匀；当进口风速增大时，温度分布区域逐渐扩大并出现不规则形状，热区面积也随之增加。
如图3所示，给出了不同进口风速下的散热器内部速度分布情况。图3中红色区域表示流速较快区域，蓝色区域表示流速较慢区域。
图3汽车散热器速度分布图
从图3中可以看出，散热器内部流速呈现出较为复杂的分布情况，主要流动方向为由进口风口一侧向出口风口一侧。当进口风速较小的时候，流速分布相对比较集中、平滑；当进口风速增大时，流速分布逐渐变得复杂，局