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[摘 要]随着近些年科学技术的发展和汽车工业的进步，现代汽车对散热性能的要求也在逐渐的提高。就目前形势而言，百叶窗的管带式汽车散热器应用较为广泛，汽车散热器应该在满足其优良散热性能的前提下，尽量减少耗材，尽量缩小体积，提升散热效率。笔者根据近些年的研究以及新材料的使用，建立了一个散热器传热与阻力的模型，力求在满足传热和阻力的前提下减少耗材并且缩小体积，从而达到对散热器的优化。
[关键词]汽车 散热器 优化设计
中图分类号：U464.138.2 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）45-0071-01
引言：汽车散热器是汽车冷却系统中的重要组成部分，散热器性能的优良与否对发动机的动力性、可靠性以及经济性有着巨大的影响。在目前国内的散热器产品中，管带式散热器以其优良的散热性能，紧凑、低耗以及高效，在目前的汽车行业中应用最为广泛，并具有良好的发展前景。百叶窗式的散热带具有切断散热带上气体横向发展、减薄边界厚度以及提升散热器性能的作用。本文对散热器内部的流动性结构、阻力特性以及传热特性进行研究，分析了散热器的结构参数以及不同材质对散热性能的影响，并对2JC型的汽车散热器的优化提出了具体方案。
一、汽车散热器的基本结构
散热器主要由散热器芯子，上水室和下水室组成，如图1所示。散热器芯子是散热器最重要的组成部分，其主要散热作用，由冷却管、散热带、上下主片、侧板等零部件通过高温钎焊工艺焊接而成，必须使芯子具有足够的迎风面积和散热面积，这样才能保证将发动机水套中的热量通过对流等形式散发到外界环境中。
散热带芯子主要分为管带式和管片式，如图2-1和图2-2所示，而百叶窗式的管带式散热器芯子应用更为广泛。管带式散热器散热面积是管片式的1.12倍，开百叶窗的管带式散热器的传热效率是管片式散热器的2.6倍。管带式散热器制作工艺简单，质量小，成本低，但结构刚度不如管片式。管片式散热器刚性好，阻力小，芯体不易阻塞，缺点是工艺复杂，传热能力比管带式低。
二、理论计算值和实验值的比较
以理论模型为基础，计算2JC型汽车散热器的风阻及散热量。为当汽车散热器进口处的水温为90℃，进风口的测量温度为30℃时，比较冷却水流量为50L/min和80L/min的散热器传热性能的实测值和理论值。比较结果为理论值和实测值的数据相互吻合，最大偏差仅相差8.9%，且在风速较高的区域才出现较大的偏差，如图3。
图4为实测的风阻值和计算的风阻值的对比结果，当风速较低时，理论值和实测值之间的差距较小，发展的趋势也十分类似。但是，随着风速的逐渐增大，差距逐渐的增大，相差最多达到了35.5%。两者相差较多的原因归结为风阻理论计算程序中缺乏了部分影响因素，但此种情况只在特殊情形出现，并不影响正常工况，在正常工况下理论值和实测值的数据基本吻合。
三、影响散热器性能的因素
1. 散热带波距对散热器性能的影响
控制其他因素不变，设置散热带的波距为2.00mm、2.50mm、3.00mm以及3.50mm，在这种情况下，散热器的传热与风阻的理论计算值变化趋势相近，随着散热带波距的减小，散热器的散热量增加，其风阻也随之增加
2. 百叶窗开窗角度对散热器散热性能的影响
同样的，控制其他的因素不变，适当调整散热器百叶窗开窗角度，设置百叶窗的开窗角度为25°、30°、35°，在这三种情况下分别观察其性能，经过具体实验发现百叶窗开窗角度的增大有利于散热器的散热，但散热效果不明显。而对于风阻特性，开窗角度越大，风阻越高。
3. 散热带材料对散热性能的影响
一般散热带的材质为铝合金，其导热系数为180W/m？℃，把百叶窗的开窗角度设定为30°，冷却水的流量设定为40L/min，测量空气流速、风阻以及散热量之间的关系。我们发现，散热带的材质（导热系数）对于散热器的散热性能影响很大，因此，可以通过使用导热率更高的材料来提升散热带的散热率，使散热器的散热量增大。实验数据表明，汽车散热器的散热量和风阻随着散热带厚度的增加而增大，影响明显。但散热带的厚度对散热器的换热和风阻影响较小。
四、2JC型汽车散热器的改进优化
根据相关研究以及上述的分析总结，笔者将原来的汽车散热器进行了优化设计，把原来散热器的波距由原来的3.50mm降至3.00mm，减少散热带的厚度，具体方案是将散热带的厚度减至0.07mm，保持原来结构的尺寸不发生变化，经过实际测量，改进后的散热器散热量较之前增加了20.5%，大幅度提升了散热器的散热效率。改进之后，散热器的风阻比原来增加了11.4%，散热器的重量略有减小，并且对此散热器进行改进时不改变原有的加工设备。
在新材料的使用上，提倡使用先进的耐腐蚀及导热率较高的新型材料，关于散热带与散热管材的匹配，建议散热带表层与散热带的电位差最好保持在50-105之间，散热带与散热管芯之间的电位差应该保持在70-140之间，其中值得注意的是，散热管的电位应该高于散热带的电位。如果控制好散热带和散热管之间的电位差，能够减缓散热带的腐蚀，并且能够保护散热管不被腐蚀，以此来提升散热器的抗腐蚀性能，提高散热器的使用寿命。
五、结束语
随着汽车工业的不断发展，对散热器的紧凑、节能、高效和节省材料等指标越来越高，传统的散热器设计方案往往只是一个可行的方案，而不是最优方案。近年来，铜、铝等原材料价格上升幅度较大，而散热器的生产成本中，材料费用约占70%-75%，因此，为了降低生产成本，减少耗材，制造高效的散热器成为优化的目标。所以，有必要在满足一定散热量和阻力的前提下，优化散热器芯子的结构参数，缩小体积，以达到减少耗材的目的。
参考文献：
[1] 周伟.汽车散热器试验研究及性能分析[D].重庆大学，2013.
[2] 李晓光.汽车百叶窗翅片式散热器性能数值模拟与风洞实验研究[D].天津大学，2012.
[3] 张清.汽车散热器芯体全自动装配机的设计与研究[D].安徽理工大学，2014.
[关键词]汽车 散热器 优化设计
中图分类号：U464.138.2 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）45-0071-01
引言：汽车散热器是汽车冷却系统中的重要组成部分，散热器性能的优良与否对发动机的动力性、可靠性以及经济性有着巨大的影响。在目前国内的散热器产品中，管带式散热器以其优良的散热性能，紧凑、低耗以及高效，在目前的汽车行业中应用最为广泛，并具有良好的发展前景。百叶窗式的散热带具有切断散热带上气体横向发展、减薄边界厚度以及提升散热器性能的作用。本文对散热器内部的流动性结构、阻力特性以及传热特性进行研究，分析了散热器的结构参数以及不同材质对散热性能的影响，并对2JC型的汽车散热器的优化提出了具体方案。
一、汽车散热器的基本结构
散热器主要由散热器芯子，上水室和下水室组成，如图1所示。散热器芯子是散热器最重要的组成部分，其主要散热作用，由冷却管、散热带、上下主片、侧板等零部件通过高温钎焊工艺焊接而成，必须使芯子具有足够的迎风面积和散热面积，这样才能保证将发动机水套中的热量通过对流等形式散发到外界环境中。
散热带芯子主要分为管带式和管片式，如图2-1和图2-2所示，而百叶窗式的管带式散热器芯子应用更为广泛。管带式散热器散热面积是管片式的1.12倍，开百叶窗的管带式散热器的传热效率是管片式散热器的2.6倍。管带式散热器制作工艺简单，质量小，成本低，但结构刚度不如管片式。管片式散热器刚性好，阻力小，芯体不易阻塞，缺点是工艺复杂，传热能力比管带式低。
二、理论计算值和实验值的比较
以理论模型为基础，计算2JC型汽车散热器的风阻及散热量。为当汽车散热器进口处的水温为90℃，进风口的测量温度为30℃时，比较冷却水流量为50L/min和80L/min的散热器传热性能的实测值和理论值。比较结果为理论值和实测值的数据相互吻合，最大偏差仅相差8.9%，且在风速较高的区域才出现较大的偏差，如图3。
图4为实测的风阻值和计算的风阻值的对比结果，当风速较低时，理论值和实测值之间的差距较小，发展的趋势也十分类似。但是，随着风速的逐渐增大，差距逐渐的增大，相差最多达到了35.5%。两者相差较多的原因归结为风阻理论计算程序中缺乏了部分影响因素，但此种情况只在特殊情形出现，并不影响正常工况，在正常工况下理论值和实测值的数据基本吻合。
三、影响散热器性能的因素
1. 散热带波距对散热器性能的影响
控制其他因素不变，设置散热带的波距为2.00mm、2.50mm、3.00mm以及3.50mm，在这种情况下，散热器的传热与风阻的理论计算值变化趋势相近，随着散热带波距的减小，散热器的散热量增加，其风阻也随之增加
2. 百叶窗开窗角度对散热器散热性能的影响
同样的，控制其他的因素不变，适当调整散热器百叶窗开窗角度，设置百叶窗的开窗角度为25°、30°、35°，在这三种情况下分别观察其性能，经过具体实验发现百叶窗开窗角度的增大有利于散热器的散热，但散热效果不明显。而对于风阻特性，开窗角度越大，风阻越高。
3. 散热带材料对散热性能的影响
一般散热带的材质为铝合金，其导热系数为180W/m？℃，把百叶窗的开窗角度设定为30°，冷却水的流量设定为40L/min，测量空气流速、风阻以及散热量之间的关系。我们发现，散热带的材质（导热系数）对于散热器的散热性能影响很大，因此，可以通过使用导热率更高的材料来提升散热带的散热率，使散热器的散热量增大。实验数据表明，汽车散热器的散热量和风阻随着散热带厚度的增加而增大，影响明显。但散热带的厚度对散热器的换热和风阻影响较小。
四、2JC型汽车散热器的改进优化
根据相关研究以及上述的分析总结，笔者将原来的汽车散热器进行了优化设计，把原来散热器的波距由原来的3.50mm降至3.00mm，减少散热带的厚度，具体方案是将散热带的厚度减至0.07mm，保持原来结构的尺寸不发生变化，经过实际测量，改进后的散热器散热量较之前增加了20.5%，大幅度提升了散热器的散热效率。改进之后，散热器的风阻比原来增加了11.4%，散热器的重量略有减小，并且对此散热器进行改进时不改变原有的加工设备。
在新材料的使用上，提倡使用先进的耐腐蚀及导热率较高的新型材料，关于散热带与散热管材的匹配，建议散热带表层与散热带的电位差最好保持在50-105之间，散热带与散热管芯之间的电位差应该保持在70-140之间，其中值得注意的是，散热管的电位应该高于散热带的电位。如果控制好散热带和散热管之间的电位差，能够减缓散热带的腐蚀，并且能够保护散热管不被腐蚀，以此来提升散热器的抗腐蚀性能，提高散热器的使用寿命。
五、结束语
随着汽车工业的不断发展，对散热器的紧凑、节能、高效和节省材料等指标越来越高，传统的散热器设计方案往往只是一个可行的方案，而不是最优方案。近年来，铜、铝等原材料价格上升幅度较大，而散热器的生产成本中，材料费用约占70%-75%，因此，为了降低生产成本，减少耗材，制造高效的散热器成为优化的目标。所以，有必要在满足一定散热量和阻力的前提下，优化散热器芯子的结构参数，缩小体积，以达到减少耗材的目的。
参考文献：
[1] 周伟.汽车散热器试验研究及性能分析[D].重庆大学，2013.
[2] 李晓光.汽车百叶窗翅片式散热器性能数值模拟与风洞实验研究[D].天津大学，2012.
[3] 张清.汽车散热器芯体全自动装配机的设计与研究[D].安徽理工大学，2014.