钱金山：ＬＤＶ散热器传热特性的分析研究 １３
ＬＤＶ散热器传热特性的分析研究
Ａｎａｌｙｓｉｓ ０１１ ｔｈｅ Ｈｅａｔ Ｔｒａｎｓｆｅｒ Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ
ｆ０ｒ ＬＤＶ Ｒａｄｉａｔｏ
钱金山
（上海汽车商用车技术中心）
［摘要］散热器是发动机是重要部件总成。本文对上海汽车商用车技术中心ＬＤＶ车用散热器
的传热性能进行风洞试验，由实测试验数据，将管外横掠管簇的对流换热系数从传热系数中分离
出来。整理成无量纲准则式，为散热器的优化设计提供参考依据。另外，对一些未做过性能试验的
散热器的设计计算也能提供帮助。
［关键词］传热特性；对流传热；热交换器
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｃｏｎｖｅｃｔｉｖｅ ｈｅａｔ ｔｒａｎｓｆｅｒ；ｈｅａｔ ｔｒａｎｓｆｅｒ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ；ｈｅａｔ ｅｘｃｈａｎｇｅｒ
Ｕ 刖舌
近几年我国汽车工业的迅速发展．尤以上海汽
车的年产量已超过３００万辆．而作为上海汽车的薄
弱商用车板块，也开始迅猛发展，引进第一款车散
热器产品国产化也已进入批量生产阶段。然而，对
于该产品在传热方面的应用研究还比较薄弱．尚处
于以复制为主的状况，对于其规定的热性能指标的
合理性及意义缺乏深刻的认识。因此，对商用车的
ＬＤＶ散热器的热性能进行研究，既可了解和掌握国
外技术，又可为上海汽车商用车的后续产品提供技
术依据
１ 试验方法
试验产品选用商用车ＬＤＶ散热器见图１所示．其
几何尺寸见表１。试验时冷却液在管内流动．空气横掠
翅片管簇，两种流体以逆流的方式进行热量传递。
表１
迎风而尺 散热面积 水管 散热带
寸（｜］ｌＩｎ） （ｍ２） 规格（ｉＴＩｍ） 壁厚（１ｉ３ｍ） 规格（ｎｌｌｌ１） 壁厚（１ｌ￣ｉｎ１） ＬＸｌｉ Ａ ＬＸＷ ８ ＨＸＤ ６
６４５Ｘ３８２ 】３＿８８ ３２Ｘ２．Ｏ５ Ｏ．３ ７．５６Ｘ３２
风洞试验时．通常设定一是管内冷却液流量为
定值时，变化横掠管簇的空气流量；二是管外横掠
翅片管簇的空气流量为定值，变化管内水流量，并 分别对这两种情况的进行转热性能和阻力特性的
分析研究。
——
ｚ一 一一一＝ｕ ：一－
图１
全部试验数据均由系统处于准稳定工况时由
计算机采集，并将最终结果在计算机保存和显示数
据于屏幕。
２ 数据处理
管外换热系数的计算 现以热阻形式来表示传热系数ｋ与其它量的关系：
１ １＋ｒ，＋ （ ＋ｒｎ）（１）
式中，ｒ，为翅片热阻，ｒ，为散热管壁面热阻，
ｒ．为污垢热阻
接触热阻在钎焊工艺生产的散热器．根据试验 可得，其绝对值数字很小，对散热系数值影响￣Ｅ／Ｊ＂，
一般在计算中常常略去不计 通常管内换热，当水流量确定，且处于紊流状 态时，管内放热系数ａ．．即为常量，与管外横掠管簇
的状态无关，则用Ｒ表示综合热阻为：
１４ 内燃机与配件 ２０１１年第４期
： ＋ｒ，＋ｆｌ（Ｚ ＋ｒｎ）
而管外换热系数只与空气的流速有关，则
式中Ｖａ为最小截面处的风速。 将式（２），（３）代人（１）中，可得到 （２）
（３）
ｎ ＋尺 ｉ＝ｌ，２，３…。 （４）
风洞试验时，将冷冻液侧流量固定不变，冷冻液
的平均温度控制在一定的范围内．通过改变空气侧 就可以得到ｉ个如式（４）那样的转热热阻表达
式，再应用多次迭代法，就可得到式中常量，最后科 直接从测定值中将 分离出来，即
Ｊ， —１／ｋ—ｉ－Ｒ （５）
表２给出了试验数据的ｏ【 的分离结果，气侧换 热系数随风速的变化曲线如图２所示。
本文通过对商用车ＬＤＶ散热器的热性能进行 试验研究，以实样数据为依据，通过对管外换热系数
的分类，展示出空气横掠管簇的准则方程：
Ｎｕ。 尺ｅ，Ｐｒ，告，告，其他无量纲几何参数｝
ｍ ３２０ ，’０ ； ３ｏｏ ：∞ ．２８０ ２７０ ２＇６０ ２５０ Ｏ ：，ｏ ｅ ７ ８ ９ ＇Ｏ － ｍ ￥ 图２
表２试验数据和分离的气侧换热系数
冷冻液侧 气侧 实测 序号 进口温 出口温 冷冻液 进【＿＝Ｊ温 出口温 风速 ｋＷ。 度℃ 度℃ 流量Ｕｓ 度℃ 度℃ ｍ／ｓ Ｉｌｌ ‘ｏＣ一
ｌ ７４．４９ ６３．０７ １．５０ １７－３６ ５５．９５ ５．９８９ ｌ５８．７６
２ ７４．９２ ６２．３１ １．５Ｏ ｌ６．９０ ５３．６ｌ ７．０ｏ７ １６９．５３
３ ７４．９８ ６１．２２ １．５１ １６．７６ ５１．５９ ８．０５６ ｌ８２．７６
４ ７５．４４ ６０．５７ １．５Ｏ ｌ６．２９ ４９．８４ ８．９９３ １９０．７６
５ ７４．７８ ５８．８４ １．５ｌ ｌ６＿２０ ４８．２７ ９．９７０ ２ｏ４．６５ 计算传热 Ｒ值 ｏｔａ值 努谢尔 系数 Ｒｘｌ０３ Ｐｗ Ｐａ 雷诺数 序号 Ｗ・ 特数 Ｗ・ｍ ． （ｍ ・ｏＣ・ ｋＰａ ｋＰａ Ｒｅ ℃ Ｗ一‘１ ｍ－２．ｏＣ一 Ｎｕ ｌ ｌ５９．９３ ２．Ｏ３ ３１．０４ ｌ８６．０３ ２３６．８２ ２１．４４ ｌ１２９
２ ｌ６８３４ ２．Ｏ３ ３０．６３ ２６６．２９ ２５５．７２ ２３．１６ １３２６
３ １７８．６６ ２．０３ ３０．６２ ３５４．５９ ２８０．３４ ２５．３９ １５３０
４ １８５．１】 ２．Ｏ３ ３０．６２ ４６ｌ－３７ ２９６．２９ ２７．Ｏ３ １７３２
５ １９５．２６ ２．０３ ３０．６Ｏ ５６９－３８ ３２３．４７ ２９．６２ １９３６
为便于今后在设计中使用．将以上实验结果按准
则关系式进行数据回归，由于实验中空气温度变化 不是很大，普朗特数可以看作为常数，不参与回归，
对于特定的散热器，所有无量纲几何结构参数均没 有发生变化，因此，也不参与回归，于是，对流换热的 努赛尔特数仅仅是气侧雷诺数的函数关系。由传热
学，上式可简化成： ＝ｆｉＲｅ。）
一般来说，可以将这一关系写成
Ｎｕ。＝ＣＲｅ。 式中：Ｒｅ。＝ 口Ｄ 。
＝ △龇
由气侧的平均温度，得到有关的物性参数，就可
通过公式计算出最小截面处的流速，雷诺数，努谢尔 特数等，最后用最小二乘法原理，可求得系数Ｃ和ｎ，
即：Ｎｕ ｅ ３ 综合分，，＝析０．３３０２Ｒ
对试验工况中的仪 进行分离，其结果为２３７～
３２３ Ｗ・ｍ之・ｏＣ～。表２中列出了的分离计算结果，以 及综合热阻计算值。并从表２中数据看出：当风量下
降时。虽然减小了风阻，但却不能满足发动机的散热 要求；当风量增大时，尽管能满足散热负荷的要求， 且对发动机的性能、冷却效率有所改善，但也导致了
阻力的增加，反过来又要增大发动机的功耗，增加发 动机的油耗量。合理的风量和风阻，既满足了最大负
荷要求．又能使风阻在一定的合理范围内。
４ 结论
４．１ 上海汽车商用车散热器管外横掠管簇的换热
系数准则式为Ｎｕ ｅ ．＝０．３３０２Ｒ
４．２进行建立了实验研究方法进行翅片结构对散 热器换热特性影响的研究，对发动机散热器的开发。
合理安排翅片结构，能优化和改变散热器芯子的换 热性能。
参考文献
１杨世明．传热学．高等教育Ｈ｛版社 ２ Ｌｏｎｄｏｎ＆Ｋａｙ．Ｃｏｍｐａｃｔ Ｈｅａｔ
Ｅｘｃｈａｎｇｅ