扬州职业大学毕业论文
主要符号表
a：扁平管截面宽[mm] b：扁平管截面长[mm] F：传热面积[m2] h：换热系数[w/(m2?oC)]
?：导热系数[w/(m?oC)]
Re：雷诺数 D：当量直径[mm] A：截面周长[mm2] U：截面周长[mm]
?：密度[kg/m3]
Pr：普朗克常数
Cp：比热[J/kg?K] Nu：努赛尔数
?P：风侧压力差[Pa] Q：散热量[W]
Ga：空气质量流量[kg/m2?s]
N：管带数目
H：管间距[mm]
Fp：翅片间距[mm]
?：翅片厚度[mm]
Ft：翅片宽度[mm]
A：百叶窗间距[mm]
L1：百叶窗宽度[mm]
L：水管长[mm]
l：管带宽[mm]
?tom：对数平均温差[C]
K：总传热系数[w/(m2?oC)]
j：传热因子
f：范宁摩擦因子
?：动力粘度[Pa?s] ?：运动粘度[Pa?s]
u：流速[m/s]
?：开窗角度[oC
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第一章 绪论
1.1散热器的分类
能满足某种规定工艺的要求使得热量从热流体到冷流体传递的装置被称为换热器。换热器的分类方法有很多，最基本的是按照工作原理来分：通常可分为回热式、混合式和间壁式三大类。回热式换热器多用于空气预热。一般是将金属和砖类物体做成流道，热流体和冷流体交替地流过同一个通道，并尽量避免混合。在混合式换热器中全部流体均匀地处于同温同压下离开换热器。这种换热器虽然换热效率高，但因两种流体的相互混合，故其在应用上受到一定的限制。间壁式换热器中，高温流体和低温流体由壁面间隔分别位于壁面的两侧，热量通过壁面进行传递。
按照冷流体和热流体的流动方向可分为顺流式、逆流式、错流式和混流式。顺流和逆流是间壁式换热器中最简单的流动方式。工程上由于需要传递大量的热而受到空间的限制，往往要采用多流程的、错流的以及更为复杂的换热器。在错流式换热器中，还要区分混合流和非混合流。
按照传热壁面的结构形式来分，大致可分为管式换热器、板式换热器、夹套式换热器以及各种异形传热面组成的特殊换热器等类型。管式换热器又可以分为套管式、管壳式、U形管式以及翅片管式等多种形式。从本质上说，套管式换热器是一根小直径管同心套在另一根较大直径的管内组成。它可以做成多种形式的串联和并联，以适应相应的工艺要求。它主要用于无相变的加热或冷却。其特点是传热面积虽不大，但使用、安装的灵活性较大，且容易清洗。管壳式换热器的应用广泛，在相同体积或重量下，传热面积较大，且机械强度也较大，易于维修和清洗。U型管式换热器只有一个管束。管子两端均固定在同一管板上。这种换热器使用于流体间温差较大、压力较高的工况下，但管程流速对压降的限制较大，且要求流体无腐蚀性和不易结垢。翅片管式换热器与一般管壳式换热器的不同之处仅在于用翅片代替了光管作为换热面。翅片可以横向安置，也可以沿管轴纵向安置。翅片可以安置在管外、管内、或内外兼有。翅片可铸出，也可以机械加工、轧制或焊接而成。翅片管换热器可以有一根或若干根翅片管组成，如室内取暖用翅片管散热器，也可以再配有外壳、风机等组成空冷器型式的换热器。翅片管是翅片管换热器的主要换热元件。管内、外流体通过管壁及翅片进行热交换。由于
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翅片扩大了传热面积，使换热得到改善。翅片管换热器与光管相比，其传热面积可增大数倍至数十倍，以光管传热面为基准的传热系数可增加数倍且结构紧凑。
1.2 汽车散热器概述
1.2.1 汽车散热器的原理
汽车散热器工作的原理:冷却发动机后的热水流过散热器时，把热量经由间隔的金属壁面传递给低温空气，热水恒在管内流动，而冷空气则恒在管外流动，冷热流体互不接触混合，热量只通过壁面进行传递。
1.2.2 汽车散热器的结构
汽车散热器属于间壁式换热器，其中散热水管一般为椭圆管或扁管，外侧布置有多层翅片以强化与冷空气侧的传热。通常，汽车散热器由主片、芯体、封条等零件通过钎焊工艺焊接而成，它的结构紧凑、轻巧、薄壁及传热强度高。根据
芯体中翅片排列方式分，汽车散热器主要分为管带式和管片式两种，如图1.1。
图1.1 管带式 管片式
这两类散热器气侧翅片上都开有百叶窗式的裂缝。目前，典型百叶窗孔的结构尺寸如下表1.1所示：
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表1.1 典型百叶窗孔的结构尺寸
芯子的厚度[mm] 16--52 50--90
百叶窗角度[°C] 20--32 20--28 百叶窗间距[mm] 1.1--1.5 1.1--1.6 百叶窗缝长[mm] 6--7 6--7 从80年代初，我国部分散热器生产厂家开始研制管带式散热器，到80年代中期，不少厂家又从国外引进了关键的生产设备。目前，我国中小型车辆普遍采用的是管带式散热器。
1.2.3 汽车散热器的材料及加工工艺
汽车散热器芯体的材料根据散热器的用途和操作条件等不同而选择，常用的材料有：纯铝、铝合金、铜、黄铜、镍、不锈钢、康镍合金等，铜和铝材料是目前用得最多的散热器材料。
随着人们对汽车造型、使用可靠性等要求的提高，对汽车散热器要求也越来越高，从而使散热器朝着结构尺寸越小、材料越薄、重量越轻的方向发展。下表1.2是目前国内外散热器材料厚度尺寸。
表1.2 国内外散热器材料的厚度
国内外 材料厚度（mm） 项目 主片与水室 冷却水管 散热带 散热片
国内 国外 0.500——0.600 0.100——0.110 0.025——0.043 0.050——0.060 0.080 0.150——0.180 0.060——0.080 0.100 散热器的水管，散热带所用的带材由专门的滚压轧制设备加工而成。水管是在咬缝管制机上一次性咬合而成，然后镀上一层锡与散热带焊接。带材在波浪带滚压轧机上冲出百叶窗孔并按设计翅片间距翻折成三角形波浪带。
随着研究手段和生产工艺的发展，百叶窗翅片式换热器的紧凑度越来越高，
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其性能价格比也是越来越好，在各个行业都得到了广泛的运用。因此，自从百叶窗翅片式换热器问世以来，学者们对它的研究就从来没有终止过，从对它整体换热性能的研究到对其流动机理、流动形态的研究，对百叶窗翅片式换热器的发展和推广起到了显著的作用。
对百叶窗翅片式换热器的流动现象和流动特性进行研究，同对其它的传热设备的研究一样，常见的方法有三种:理论分析、试验研究、数值模拟。这三种方法各有其适用的范围，但并不完全分开的。把这三种研究手段巧妙地结合起来可以收到相互补充、相得益彰的效果。
1.3 散热器存在的问题
管带式散热器存在容易漏水现象，漏水部位一般为水管与主片焊接部件、水室与主片焊接部件。分析其漏水原因，主要为:一是焊缝有虚焊。虚焊主要是由于焊接操作失误和焊料质量差造成。二是焊缝开裂。焊缝开裂主要是散热器在使用过程中承受振动、交变应力和温度脉冲的综合作用，引起疲劳强度下降所致。三是焊缝受腐蚀。而盆形断面的主片和矩形断面的水室，其刚性和耐压性差，是使焊接出现早期损坏的结构原因。
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