汽车散热器的优化设计及传热性能分析的研究

随着科学技术和汽车工业的蓬勃发展,对发动机散热器的性能的要求也越来越高,目前百叶窗的管带式汽车散热器得到普遍的应用,在保证散热器具有足够的散热性能的前提下,体积小,耗材要少,效率更高成为散热器发展的必然趋势,我公司是根据理论分析和在实际工作中的实验数据及新材料的不断涌现,建立管带式散热器传热与阻力预测模型.在满足传热和阻力的要求下,提出了散热器芯体结构参数优化的方案,以达到减少耗材和降低厂家生产成本的目标.最后形成管带式散热器设计、校核、优化一体的设计分析.散热器的传热与流动阻力计算程序,计算结果与实验数据在常规工况范围内基本吻合.运用图解的方法分析了散热器结构参数与材质对散热器流动阻力与散热性能的影响.     

工程机械百叶窗翅片式散热器的多目标优化设计

为了提高工程机械百叶窗翅片式散热器的散热性能,提出了基于翅片质量和综合性能评价因子的多目标优化设计方法.在保证数值仿真方法可靠的前提下,在CFX中基于流固耦合的方法对翅片的传热特性和流阻特性进行了计算和分析.利用SolidWorks三维建模参数化模型后,在ANSYS Workbench仿真软件中,运用多目标遗传算法对翅片质量和综合性能评价因子进行多目标优化,得到Pareto优化解集.在保证翅片翅片综合性能评价因子基本不变的前提下,通过优化翅片质量提高散热器的散热性能.结果表明:该方法适合百叶窗翅片的多参数优化,在散热器外形尺寸一定的情况下,提高了散热器的散热性能.综合性能评价因子增加了1.94%,质量减轻了21.00%.     

微型汽车散热器百叶窗翅片高度的优化设计

为了得到更合理的微型汽车散热器的百叶窗翅片结构,采用Fluent软件,对散热器翅片进行了数值分析.通过修改其关键尺寸(翅片高度),得到了不同高度下散热器翅片的阻力因子f和散热因子j,并引入无量纲参数j/f1/3来评价其综合性能.优化结果是当翅片高度为8.94mm时,综合性能最佳.     

二维多孔材料散热器的热分析及结构优化

为了改善散热性能,文中对某家电产品中PCB 板上的散热器进行了热分析及结构优化,在翅片散热器热分析的基础上,对2 种二维多孔材料散热器进行了热分析,对比了3 种散热器的散热性能。研究表明:在强迫对流散热条件下,与翅片散热器相比较,二维多孔材料散热器的散热性能更好;六边形多孔材料散热器比矩形多孔材料散热器的散热性能要好,同时更有利于实现结构的轻量化要求,降低材料成本,提高产品利润。     

翅片热板散热器的传热数值模拟研究

采用有限元法,应用ANSYS软件的热分析功能对翅片热板散热器的传热性能进行了数值模拟,并计算出该散热器表面的瞬态温度变化曲线,与实验测试结果吻合得较好.最后的研究结果表明:所研制的新型功率电子元器件翅片热板散热器散热性能良好,具有良好的启动性能和等温性能.     

基于迭代计算的汽车散热器性能分析方法研究

运用CFD方法对某型汽车管带式百叶窗散热器进行性能分析,采用局部迭代法,计算出整体散热器的换热性能。同时利用多孔介质代替散热带的方法,模拟计算出散热器的阻力特性。研究结果表明:运用数个局部模型的计算结果可以估算出整条散热带的仿真散热量,将散热器总质量流量的平均值作为每个扁管入口质量流量估算散热器的仿真散热量是可行的。局部迭代法和多孔介质模型模拟计算的结果与试验结果吻合,为整体散热器的性能分析提供了新思路。     

基于ICEPAK的EPS控制器的散热优化研究

针对EPS控制器中MOSFET管过热而造成控制器失效的问题,对EPS控制器的散热性能进行了分析。基于传热学理论,计算MOSFET的功率损耗并系统分析了控制器的散热路径,初步选择了散热器的参数并利用三维设计软件建立了控制器的仿真模型,运用热分析软件ICEPAK对控制器的仿真模型进行了数值模拟,得到了控制器稳态工作条件下的温度场。同时结合影响散热器散热性能的因素,分别以散热器热阻、质量和MOSFET温度为优化目标对散热器结构参数进行了优化。最后利用高低温交变试验箱和温度传感器,对控制器在高温、负载下的散热器底板温度进行了测量并记录试验数据。实验结果表明,控制器温度场的仿真是准确的,两者最大误差在15%以内,证明优化后的散热器结构是合理的,同时也验证了模拟仿真对控制器散热设计的可行性和有效性。     

基于遗传算法的散热器翅片优化设计

为了设计工程约束下的高性能散热器,基于散热器热阻网络模型,建立了散热器优化目标函数,利用遗传算法对目标函数进行优化,获取了工程条件约束下散热性能最优的散热器几何参数。计算结果与商用软件仿真结果符合较好,表明文中所建模型的准确性和有效性。文中的研究为提高高性能散热器的设计能力及新产品的研发效率提供了有益参考。     

车辆发动机散热器冷却性能匹配性分析

散热器是汽车发动机冷却液与空气进行热交换的设备,直接影响到整车运行的稳定性和安全性.针对大型车辆用管芯式散热器冷却性能匹配性进行分析,采用软件仿真分析方法,分别搭建单元和整体模型,通过改变冷却风速和风量,获得散热器的阻力特性曲线和回归方程,使其与冷却风散的性能曲线和回归方程进行匹配,获得通过散热器的最佳风量和最佳入口风压;分析在最佳工作状况下,散热器出口的水温,检验散热器是否满足发动机的散热需求;并采用试验台架对分析结果进行检验.结果可知:散热器的最佳风量和最佳入口风压,分别为15.77m3/s和751.46pa;对最佳工况下,散热器出口的水温大约为80℃,高于规定的最低温度,可以满足发动机的散热需求;模拟仿真与试验结果基本一致,误差在2％以内,为同类设计提供参考.     

矩形肋片散热器几何参数对散热的影响分析

为考察矩形肋片散热器几何参数对散热效果的影响规律,文中应用热仿真分析软件Flotherm对矩形肋片散热器在不同结构参数下的模型进行了自然对流散热计算,通过对比分析不同模型的温度和热阻计算结果,探讨了散热器基板参数和肋片参数对其散热性能的影响。分析表明,改变散热器肋片的高度、长度和间距可有效降低散热器的热阻。这些几何参数可以作为散热器热设计变量,以进一步对散热器进行优化设计。     

Forced air cooling by using manifold microchannel heat sinks

A study of manifold microchannel (MMC) heat sinks for forced air cooling was performed experimentally. The manifold microchannel heat sink differs from a traditional microchannel (TMC) heat sink in that the flow length is greatly reduced to a small fraction of the total length of the heat sink. In other words, the MMC heat sink features many inlet and outlet channels, alternating at a periodic distance along the length of the microchannels while the TMC heat sink features one inlet and one outlet channels. The present study primarily focused to investigate the effects of geometrical parameters on the thermal performance of the manifold microchannel heat sinks for optimal design. Also, the thermal resistances of the MMC heat sinks were compared with those of the TMC heat sinks. Experimental results showed the thermal resistances of MMC heat sinks were affected strongly by the pumping power, the microchannel width and the manifold inlet/outlet channel width, but weakly by the microchannel thickness-width ratio and the microchannel depth coorporated with the manifold inlet/outlet channel width. However, it was found that there existed the optimum values of the latter parameters. Under the optimum condition of geometrical parameters in the present study, the thermal resistance of the MMC heat sink was approximately 35% lower than that of a TMC heat sink, which clearly demonstrated the effectiveness of using a manifold.     

基于ICEPAK仿真的散热器结构热设计研究

文中利用ICEPAK软件对多密度高功率芯片散热器结构进行了热设计研究。研究确立了影响翅片散热器散热性能的关键尺寸设计参数,如基板厚度、翅片高度、翅片厚度和翅片间距等,并得出了各尺寸设计参数对其散热效果的影响趋势,确定了散热器结构的最佳布局方案。此外,研究还建立了最佳布局的散热器结构实物并进行了高低温试验以模拟其高温散热情况。通过实验数据对比发现,仿真计算结果与实际较为吻合,进而验证了ICEPAK软件在电子设备散热设计方面的准确性与可靠性。     

Shape Optimization of a plate-fin type heat sink with triangular-shaped vortex generator

In this study the optimization of plate-fin type heat sink with vortex generator for the thermal stability is performed numerically. The optimum solutions in the heat sink are obtained when the temperature rise and the pressure drop are minimized simultaneously. Thermal performance of heat sink is influenced by the heat sink shape such as the base-part fin width, lower-part fin width, and basement thickness. To acquire the optimal design variables automatically, CFD and mathematical optimization are integrated. The flow and thermal fields are predicted using the finite volume method. The optimization is carried out by means of the sequential quadratic programming (SQP) method which is widely used for the constrained nonlinear optimization problem. The results show that the optimal design variables are as follows ; B₁=2.584 mm, B₂=1.741 mm, and t=7.914 mm when the temperature rise is less than 40 K. Comparing with the initial design, the temperature rise is reduced by 4.2 K, while the pressure drop is increased by 9.43 Pa. The relationship between the pressure drop and the temperature rise is also presented to select the heat sink shape for the designers.     

Experimental and CFD analysis of heat sinks with base plate for CPU cooling

Experimental and theoretical investigations of the thermal performance of a variety of heat sinks have been made. The heat sinks investigated were: straight finned, elliptical finned, small pin finned, circular disc finned, elliptical disc finned, frustum finned and double base straight finned. Realistic, manufacturable geometries are considered for minimizing thermal resistance at low velocity. The experimental results of several of the simple geometry heat sinks have been compared to those predicted by a commercially available computational fluid dynamics code fluent. The parameters such as fin geometry, fin pitch and fin height are optimized primarily in this paper and a second task is carried out to optimize base plate thicknesses, base plate materials and modify design of heat sink for improving the thermal performance in the next generation. Although the performance of heat sink is good, the temperature of heat sink at center is high. In this research work, the best heat sink geometry is selected and modified in order to reduce maximum temperature distribution and hot spots of heat sink at center by changing the geometry design and adding one more base. It is observed that flow obstructions in the chassis and the resulting air recirculation affect the heat sink temperature distribution.     

弹载电子设备相变热沉装置散热性能研究

文中介绍了一种用于弹载电子设备的相变热沉装置的设计方法及试验研究。通过实验对比了电子模块在采用相变热沉装置、铝块和无热沉3种情况下的工作温度曲线,同时对比分析了相变热沉装置在不同热流密度下的工作特性。结果表明,当热源热流密度较小时,相变热沉装置具有明显的减缓热源升温的作用,对比铝块热沉具有明显的散热功效。而随着热流密度的增加,其散热优势逐渐减弱。同时,填料相变温度点的选取和导热增强体的设计,对相变热沉装置的散热性能有很大的影响。     

太阳辐照度绝对辐射计吸收腔结构优化

为了获得太阳辐照度绝对辐射计中吸收腔的最优结构参数,需要对结构中吸收腔-热连接-热沉构成的传热链进行热分析。基于Ansys软件的有限元方法,给出了上述传热链的仿真模型,并计算得到了仿真结构的温度响应曲线;通过改变吸收腔的结构参数(尺寸、材料等),探究了不同参数下传热状态的变化及其原因;通过分析仿真结果确定了吸收腔最优结构参数。仿真结果表明:在环境温度为常温(298K)、加热功率为50mW的情况下,吸收腔最优结构参数为壁厚0.07mm/锥顶角30°/帽檐宽度2.2mm/银质,此时辐射计的时间常数为11.501s、响应度为1.391K;同等条件下进行实验,测得时间常数为11.487s,响应度为1.397K,与仿真结果相比,误差分别为0.12%和0.43%。仿真结果基本符合理论推导,所得数据具有足够的可靠性,证明该模型可以指导绝对辐射计优化设计,提高其工作性能。     

基于多孔微热沉的大功率LED冷却技术研究

针对大功率发光二极管(Light-emitting diode,LED)具有的高热流通量、表面温度要求严格控制的特点,提出一种新型高效的基于多孔微热沉系统的散热技术来满足大功率LED散热封装的需求。分析多孔微热沉系统的工作原理以及传热特性,基于局部热力学平衡建立多孔微热沉流动与传热的数学模型,并用SIMPLE算法进行数值求解,得出微热沉的温度分布以及影响微热沉性能的一些因素。数值研究表明:在高热流密度下,微热沉散热表面的温度能维持较低水平,即使在热流达到200W/cm2时,散热表面的最高温度才55.2℃;提高工质入口流速可以降低微热沉内的温度以及散热表面的温度水平。多孔微热沉系统能够有效地解决大功率LED的散热问题,提高LED芯片的可靠性与使用寿命。     

QSFP+光收发模块的热设计研究

QSFP+光收发模块作为有源光器件中的重要组成部分,在宽带通信网络领域占有非常重要的地位.随着光网络信息容量激增,QSFP+光收发模块的速率逐步提高,其热流密度逐渐增大,模块的散热性能成为制约其进一步发展的重要因素.文中通过分析QSFP+光模块的热传递路径,建立了光模块的热模型,采用仿真分析的方法得出不同材料、接触热阻以及发热器件布局对光模块温度场的影响.结果表明,通过减小接触热阻、提高材料的导热系数、缩短发热器件与散热片之间的距离可以有效提高光模块的散热性能.