基于應力分析的新型汽車散熱器設計

李文用

摘 要：當前，汽車已經(jīng)成為我們?nèi)粘Ｉ町斨胁豢苫蛉钡慕煌üぞ咧弧Ｒ虼耍枰獙ζ浼哟笾匾暢潭取Ｓ绕涫顷P(guān)于汽車散熱器，對于汽車發(fā)動機有著至關(guān)重要的影響。汽車散熱器容易在使用的時候出現(xiàn)裂紋，嚴重的還會出現(xiàn)爆裂的現(xiàn)象。根據(jù)這樣的現(xiàn)象，對汽車散熱器進行改進和完善，使其能夠與汽車更匹配，從而得到更長的使用時間。

關(guān)鍵詞：應力分析；汽車散熱器；數(shù)值模擬；結(jié)構(gòu)優(yōu)化設計

汽車散熱器對于汽車發(fā)動機用著重要的作用，對其進行一定的保護措施，防止出現(xiàn)過熱的現(xiàn)象，從而更好的運行工作，支持汽車穩(wěn)定行駛。汽車行駛的時候，發(fā)動機同樣在運行，處于一種振動的狀態(tài)，從而散熱器的扁管會因為這樣的狀態(tài)承受著一種應力。并且流體流速的不同容易使得應力集中，對扁管進行壓迫，進而產(chǎn)生裂紋或者爆裂的現(xiàn)象。因此，針對流體速度，選用了數(shù)值模擬的方式，從而對散熱器的設計做出了相應的改進，使其能夠提供更好的散熱效果，促使汽車得到穩(wěn)定的使用。

一、具體分析汽車散熱器應力

汽車在行駛的時候，會逐漸的產(chǎn)生大量的熱能。因此，需要通過汽車散熱器將其散發(fā)出去，從而保證發(fā)動機的穩(wěn)定運行。汽車散熱器擁有扁管，其中含有的冷卻液會自動跟著散熱器運行而持續(xù)循環(huán)，外部特有的風扇對其汽車產(chǎn)生的熱能進行對流換熱，將其帶走，從而有效的為發(fā)動機進行降溫，保證其能夠在汽車運行的時候保持穩(wěn)定的狀態(tài)。

當前我國市面上汽車散熱器基本是由以下幾個主要成分組成的：防凍液的出入口、上下水室、主要的扁管以及散熱帶等等。在上下室的中間放置扁管，扁管中間又穿插著散熱帶，各個部分相互聯(lián)系和影響。汽車運行時，發(fā)動機產(chǎn)生大量的熱能，導致防凍液受到高溫，從而開始從入口轉(zhuǎn)移到上水室，在通過散熱扁管的時候，扁管穿插的散熱帶開始發(fā)揮作用，將已經(jīng)上升溫度的防凍液進行冷卻作用。因此，流入下水室再回到發(fā)動機系統(tǒng)的防凍液已經(jīng)恢復冷卻的功能，可以很好的幫助發(fā)動機進行降溫，促使其能夠進行穩(wěn)定的工作。但是，根據(jù)以往的調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，汽車散熱器扁管容易出現(xiàn)裂紋或者爆裂的現(xiàn)象，尤其是高溫天氣頻繁發(fā)生，這樣的現(xiàn)象將對散熱器在使用的時候造成很大的影響，還會使發(fā)動機的使用壽命不斷剪短。

根據(jù)這個現(xiàn)象，對散熱器扁管裂紋和爆裂的情況進行分析，采用顯微鏡對其進行觀察得出，平面和彎曲的位置產(chǎn)生不同的情況和擁有不同的狀態(tài)，猜測裂紋或者爆裂是因為局部應力過于集中導致的。

再通過對汽車散熱器基本組成和結(jié)構(gòu)分布進行分析和研究，得出產(chǎn)生應力集中有以下兩種原因：第一，在防凍液流入上水室時候，或者從下水室流出的過程中，防凍液遇到的截面有較大的差異，因此導致應力集中；第二，因為散熱扁管擁有平面和彎面，從而導致防凍液在進入管道的時候，不會均勻分散液體，因此產(chǎn)生的流速也不同。最后入水口的防凍液流量大且流速快，出現(xiàn)了應力集中的現(xiàn)象。

通過對其進行模擬實驗和具體的分析，可以得出散熱器當中出入水口承受的應力加較強，可達到其他位置的三倍。因此導致了這兩個位置附近的扁管承受更強的集中應力，才容易使其出現(xiàn)裂紋和爆裂的現(xiàn)象。針對該現(xiàn)象，可以選擇以下幾種方法對應力集中的現(xiàn)象進行緩解：對散熱器當中的扁管形狀進行改變、將應力集中的位置增加多重保護、引導和設置應力集中因素的位置和方向以及適當?shù)倪M行削減和填充等方法。

二、基于應力分析的新型汽車散熱器設計

想要讓散熱器當中的扁管應力得到有效減弱，需要對防凍液的進行控制，從而得到均勻的流體流速。根據(jù)這個現(xiàn)象，對傳統(tǒng)的散熱器的上下水室加入一個新的部分——整流罩。致使冷卻液在經(jīng)過時保證均勻的流速，更好的達到散熱功能，促使汽車得到穩(wěn)定的運行。

汽車散熱器加入了整流罩，整流罩的上部分則根據(jù)和入水口的距離設置相匹配的整流孔，根據(jù)整體的寬度整齊分布六行小孔，并呈現(xiàn)正比例或者等差數(shù)列排布的現(xiàn)象。整流罩下部分則根據(jù)和出水口的距離設置相適應的整流孔，具體的設置按照上部分的規(guī)定進行設定。

三、Fluent數(shù)值模擬以及相關(guān)的優(yōu)化分析

（一）計算域區(qū)域的最終確定和相關(guān)參數(shù)的設定

根據(jù)汽車散熱器的新型設計，從而對其進行相應的模擬分析。如計算區(qū)域，則是對汽車散熱器內(nèi)液體的流動范圍，選擇合適的k.ε湍流模型進行模擬實驗。

（二）數(shù)值模擬仿真

在傳統(tǒng)的處理器當中設計出散熱器的模型，但是傳統(tǒng)的散熱器很難控制冷卻液在扁管當中的流量和流速，尤其是在出入上下水室的時候。根據(jù)新型的汽車散熱器設計，自處理器當中加入整流罩的模型，并重新開始實驗。根據(jù)實驗產(chǎn)生的數(shù)據(jù)進行對比和分析。通過多次不同的模擬操作，得出最精準的模擬數(shù)據(jù)，使其能夠得到最佳的數(shù)值和結(jié)果。

（三）分析和研究仿真結(jié)果

根據(jù)以上的實驗過程和模擬數(shù)據(jù)得到仿真效果可以得出，汽車散熱若是缺少了整流罩這一部分，冷卻液很容易在扁管出入水室的部分進行堆積，從而加大流速，產(chǎn)生了應力集中，導致扁管出現(xiàn)裂紋或者爆裂的現(xiàn)象。而加入了整流罩的設計之后，則會對扁管啊當中的液體流量和流速進行控制，使其能夠均勻的流動，防止出現(xiàn)應力集中的現(xiàn)象。

四、實際測試驗證

想要確保新型汽車散熱器能夠得到效果，僅憑實驗和實驗數(shù)據(jù)是不足夠的，還需要將其進行實際的測試，從而得出相應的數(shù)據(jù)信息。將新型的汽車散熱器即加入了整流罩的散熱器安裝于汽車之內(nèi)，再開啟汽車，進行不同方向的振動。通過幾次循環(huán)實驗，得出相應的數(shù)據(jù)。并且檢查散熱器內(nèi)的扁管現(xiàn)象，查看是否出現(xiàn)裂紋或者爆裂的現(xiàn)象，這樣則可以通過實際的測試結(jié)果，得出加入整流罩設計的新型汽車散熱器能夠有效為汽車發(fā)動機進行降溫，還可以防止內(nèi)部扁管出現(xiàn)裂紋或者爆裂的情況。

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