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改进变压器用片式散热器的研究（二）

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3．用数值计算方法的进一步改进

3.1改进的原因

当散热器片数较多时，离变压器最远的外端散热片其与环境空气对流和辐射换热条件最好，假设其流量与其他散热片的流量相同，则油在里面冷却的速度是最快的，造成油的粘度增加最快，从传热角度来看是浪费了一些散热面积，从流动的角度看则增加了阻力，如果将靠外端的散热片中心距减小就可以解决这个问题。既减少了传热面积，又因片式散热器中流动阻力主要是摩擦阻力而减少了阻力，起到均衡各散热片传热与流动条件的作用，还节约了散热片金属材料。

因此可以考虑将散热器上下集管做成倾斜的，以达到以上效果，并且还可以利用重力加快油的流动。在改进时，核心目的在于使各散热片的出口的油温以及粘度差别尽量减小，同时又不影响整体散热能力。

对于这种改进的散热器进行了一系列的数值仿真运算。

3.2模型的建立

图5

图6

如图5所示为变压器的模拟图，由四片散热片组成。计算中主要通过调节上下集管与水平面的交角来改变各散热片的中心距。第一片散热片中心距为750毫米，宽260毫米，厚10毫米，各片间距50毫米。图6为假想的边界条件，散热器位于其中，每条边长扩大3倍以上。边界条件包括前表面作为等效变压器，模拟变压器这个热源，其余的表面则定为恒温条件，既室温。这个模型可以粗略的表现散热器的一边散热条件好，另一边散热条件差。

用Fluent软件计算时，散热器入口流量为0.012kg/s，温度为329K。为了便于计算，所有的散热器的散热片都为平面，虽然不同于实际情况，但是相互之间条件相同，仍然具有可比性。

3.3计算结果

通过出口的平均油温可以比较具有不同角度集管的散热器的散热能力之差别。

表9出口油温

图7普通散热器粘性图

图8集管倾斜5度散热器粘性图

图9集管倾斜10度散热器粘性图

图1015度角散热器粘性分布

图1120度角散热器粘性分布

图1225度角散热器的粘性分布

3.4计算结果分析以及结论

通过以上数据可以发现5度角，到30度角六个散热器的出口平均温比普通型分别增加了0.16％，0.19％，0.32％，0.47％，0.6％，1％。可见依次缩小散热片中心距的高度在一定范围内可以认为散热能力变化不大，当倾斜角度大于25度时，散热能力则有了比较大降幅。

通过比较以上各种角度散热器的粘性分布图，可以发现集管倾斜角度大于15度时，下集管的粘性分布在同一高度趋于一致，有效的减少了流动阻力以及下集管内部油温不同而换热造成的损失。

综合以上，可以发现本算例中，如果倾斜角度取15-25之间的某一个值可以使散热能力与流动达到最优化。因此，有理由认为这种依次改变散热片中心距高度的做法对散热器是有利的，减少了无效散热面积。

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