管带式车用散热器快速设计

　　客车技术与研究管带式车用散热器速设计沈健\杨学锋2，王胜利\武斌，刘磁宁\吕杰2（1.山东同创散热装置股份有限公司，山东泰安271411；2.济南大学机械工程学院，济南250022）查询技术、计算机仿真技术等建立发动机散热器快速设计系统，并对散热器的工作状态进行分析，探索出一种散热器快速设计的新方法。

　　汽车的种类及类型多种多样，其散热器的结构尺寸也各不相同，且必须满足汽车发动机散热性能及安装尺寸。采用与发动机散热量匹配的散热器快速设计方法可迅速设计出满足发动机散热性能及车体安装尺寸的车用散热器，节约设计时间及成本，对散热器产业的快速发展起到良好的带动作用M. 1散热器快速设计系统概述散热器的结构并不复杂，主要零件有上下水室、主片、散热管、散热带、左右侧板及装机架组成。针对不同车型的散热器设计，需要根据散热器安装尺寸及需要的散热量来计算相应的尺寸参数。散热器快速设计的思路是根据传热学理论，通过参数化设计模块平台输入散热器零件设计参数界面，进行散热器零件及装配设计。结构设计完成后，通过性能仿真模块进行散热器的传热与流动阻力计算，并由此分析散热器结构参数与材质对散热性能的影响，并提出解决方案，从而优化结构，提高散热性能，形成完整的散热器设计尺寸，完成产品制造。在设计仿真过程中，可以通过车型参数查询模块对以往设计的散热器信息进行查询，从而对现有散热器的设计起到借鉴指导作用。采用散热器快速设计方法可实现散热器结构快速设计的计算机程序化，并提高设计的准确性和基金项目：山东省科学技术发展计划，2009GG2GC04016项目资助优性。

　　车用散热器的快速设计系统主要由三个模块构成，分别为参数化设计模块、设计参数查询模块及性能仿真分析模块。见。参数化设计模块开发环境为Solidworks，利用SolidworksAP膜供的接口技术，并结合VisualBasic编程软件进行各种零件界面设计及参数化设计。设计参数查询模块主要用于查询以往设计过的散热器尺寸等参数，对当前设计起到借鉴作用。

　　性能仿真模块利用CFD技术对散热器进行散热性能仿真分析，常用分析软件为Fluent.车用散热器快速设计系统2参数化设计模块参数化设计模块流程图见。汽车散热器设计参数十分繁杂，每一个参数的改变都会对散热器的散热性能产生一定的影响。因此，利用三维绘图软件Solidworks的二次开发功能结合散热器性能计算分析，对汽车散热器进行三维造型快速设计已成为散热器快速设计的有效工具。

　　通过Solidworks软件的二次开发技术，建立汽车散热器设计参数的数字化模型；通过编程语言Visual Basic等与Solidworks接口技术导入绘图软件，实现散热器快速参数化设计。Solidworks为用户提供了方便的二次开发工具，具有几百个应用程序接口对象，可被VisualBasic等开发程序调用，从而扩展Solidworks的功能，以满足用户的需要。在二次开发过程中，用户可以建立三维零件、直观查看装配体并可以导出工程图。

　　等，在全新设计时可以起到指导借鉴作用，其界面主要有基本参数查询、试验记录查询、散热器性能对比、个人设置、系统管理等功能。其部分菜单见所示。

　　调研、整体方案设计散热器尺寸参数理论计算不理想散热器结构设计设计参数改进借鉴设计参数查询模块输出设计图纸理想通过性能仿真模块进行性能评定试生产参数化快速设计模块流程图为散热器上水室的设计界面图，通过输入上水室尺寸参数等可在Solidworks中自动生成上水室三维模型及工程图，如果设计合理则接受；如不合理则继续修改，直到合理为止。为通过二次开发生成的部分零件图。

　　左侧板左装机架基弈数*记录分析发动机对比散热器对比车型对比芯体结构对比散热面比散热芯装配体设计参数查询模块部分功能4车用散热器性能仿真模块bookmark3车用散热器的主要功能是将发动机中的多余热量带出，保持发动机较佳的工作温度。设计散热器应与其散热性能结合考虑，单独设计外形并不能完全达到设计要求。因此，在散热器快速设计系统中应考虑散热的性能情况。管带式散热器的传热及阻力特性要由试验测定，这在一定程度上延长了设计周期，对新产品的开发是不利的，所以对汽车发动机散热器特性进行仿真分析很有必要。通过对散热器传热性能的仿真分析，可以更好地指导设计散热器结构尺寸。车用散热器性能仿真分析模块流程图见。

　　3设计参数查询模块bookmark4设计参数查询模块主要通过数据库技术存储以往设计散热器的参数资料，包括尺寸、试验条件、散热量车用散热器性能仿真模块流程图汽车散热器在工作时，空气和水之间的热量交换通过管壁和翅片表面进行，空气和水的流动为非接触交叉流，散热器的水侧散热对散热性能有较大影响M.通过计算机仿真建模得到汽车散热器水侧散热模型，其分析图例见3，分析了水侧流动状态，得到在工作状态下的流速、湍流动能及静压力分布。

　　根据水侧冷却液在工作状态下流速、流态及散热性能的映射模型进行了仿真分析。该仿真模型的建立为计算机模拟汽车散热器散热性能问题的解决提供了一个有效的工具。可见，在汽车散热器中，散热管中的冷却液流态为层流，而在进出水口压力较大，呈现湍流现象；冷却液流速越大，其湍流倾向越大，水阻大，散热量随之大。

　　5结束语在散热器产品设计中，设计参数多，工作量大，涉及到的学科多，包括热力学、流体力学及机械学等。目前，计算机辅助设计技术得到广泛应用，三维建模技术也在蓬勃发展。国内不少企业和科研院所建立了工程图的数字化图库，充分发挥了计算机辅助设计制造这一资源优势，为企业创造效益。由于各个行业标准和企业标准各具特点，形成通用的快速设计系统难度很大，因此，把散热器产品特征和行业标准结合在一起，利用先进的计算机仿真技术进行汽车发动机散热量与散热器匹配快速设计系统的开发，能更好地深入开展工艺、工装设计，为下一步的CAPP及CAM奠定基础。因此，笔者公司建立了汽车发动机与散热器匹配快速设计系统，同时分析散热器的散热性能与风阻水阻及散热器设计参数的关系，建立散热器的三维实体模型，实现与相应汽车发动机匹配的散热器快速设计在实际生产中的良好应用。