基于应力分析的新型汽车散热器设计

李文用

摘 要：当前，汽车已经成为我们日常生活当中不可或缺的交通工具之一。因此，需要对其加大重视程度。尤其是关于汽车散热器，对于汽车发动机有着至关重要的影响。汽车散热器容易在使用的时候出现裂纹，严重的还会出现爆裂的现象。根据这样的现象，对汽车散热器进行改进和完善，使其能够与汽车更匹配，从而得到更长的使用时间。

关键词：应力分析；汽车散热器；数值模拟；结构优化设计

汽车散热器对于汽车发动机用着重要的作用，对其进行一定的保护措施，防止出现过热的现象，从而更好的运行工作，支持汽车稳定行驶。汽车行驶的时候，发动机同样在运行，处于一种振动的状态，从而散热器的扁管会因为这样的状态承受着一种应力。并且流体流速的不同容易使得应力集中，对扁管进行压迫，进而产生裂纹或者爆裂的现象。因此，针对流体速度，选用了数值模拟的方式，从而对散热器的设计做出了相应的改进，使其能够提供更好的散热效果，促使汽车得到稳定的使用。

一、具体分析汽车散热器应力

汽车在行驶的时候，会逐渐的产生大量的热能。因此，需要通过汽车散热器将其散发出去，从而保证发动机的稳定运行。汽车散热器拥有扁管，其中含有的冷却液会自动跟着散热器运行而持续循环，外部特有的风扇对其汽车产生的热能进行对流换热，将其带走，从而有效的为发动机进行降温，保证其能够在汽车运行的时候保持稳定的状态。

当前我国市面上汽车散热器基本是由以下几个主要成分组成的：防冻液的出入口、上下水室、主要的扁管以及散热带等等。在上下室的中间放置扁管，扁管中间又穿插着散热带，各个部分相互联系和影响。汽车运行时，发动机产生大量的热能，导致防冻液受到高温，从而开始从入口转移到上水室，在通过散热扁管的时候，扁管穿插的散热带开始发挥作用，将已经上升温度的防冻液进行冷却作用。因此，流入下水室再回到发动机系统的防冻液已经恢复冷却的功能，可以很好的帮助发动机进行降温，促使其能够进行稳定的工作。但是，根据以往的调查数据显示，汽车散热器扁管容易出现裂纹或者爆裂的现象，尤其是高温天气频繁发生，这样的现象将对散热器在使用的时候造成很大的影响，还会使发动机的使用寿命不断剪短。

根据这个现象，对散热器扁管裂纹和爆裂的情况进行分析，采用显微镜对其进行观察得出，平面和弯曲的位置产生不同的情况和拥有不同的状态，猜测裂纹或者爆裂是因为局部应力过于集中导致的。

再通过对汽车散热器基本组成和结构分布进行分析和研究，得出产生应力集中有以下两种原因：第一，在防冻液流入上水室时候，或者从下水室流出的过程中，防冻液遇到的截面有较大的差异，因此导致应力集中；第二，因为散热扁管拥有平面和弯面，从而导致防冻液在进入管道的时候，不会均匀分散液体，因此产生的流速也不同。最后入水口的防冻液流量大且流速快，出现了应力集中的现象。

通过对其进行模拟实验和具体的分析，可以得出散热器当中出入水口承受的应力加较强，可达到其他位置的三倍。因此导致了这两个位置附近的扁管承受更强的集中应力，才容易使其出现裂纹和爆裂的现象。针对该现象，可以选择以下几种方法对应力集中的现象进行缓解：对散热器当中的扁管形状进行改变、将应力集中的位置增加多重保护、引导和设置应力集中因素的位置和方向以及适当的进行削减和填充等方法。

二、基于应力分析的新型汽车散热器设计

想要让散热器当中的扁管应力得到有效减弱，需要对防冻液的进行控制，从而得到均匀的流体流速。根据这个现象，对传统的散热器的上下水室加入一个新的部分——整流罩。致使冷却液在经过时保证均匀的流速，更好的达到散热功能，促使汽车得到稳定的运行。

汽车散热器加入了整流罩，整流罩的上部分则根据和入水口的距离设置相匹配的整流孔，根据整体的宽度整齐分布六行小孔，并呈现正比例或者等差数列排布的现象。整流罩下部分则根据和出水口的距离设置相适应的整流孔，具体的设置按照上部分的规定进行设定。

三、Fluent数值模拟以及相关的优化分析

（一）计算域区域的最终确定和相关参数的设定

根据汽车散热器的新型设计，从而对其进行相应的模拟分析。如计算区域，则是对汽车散热器内液体的流动范围，选择合适的k.ε湍流模型进行模拟实验。

（二）数值模拟仿真

在传统的处理器当中设计出散热器的模型，但是传统的散热器很难控制冷却液在扁管当中的流量和流速，尤其是在出入上下水室的时候。根据新型的汽车散热器设计，自处理器当中加入整流罩的模型，并重新开始实验。根据实验产生的数据进行对比和分析。通过多次不同的模拟操作，得出最精准的模拟数据，使其能够得到最佳的数值和结果。

（三）分析和研究仿真结果

根据以上的实验过程和模拟数据得到仿真效果可以得出，汽车散热若是缺少了整流罩这一部分，冷却液很容易在扁管出入水室的部分进行堆积，从而加大流速，产生了应力集中，导致扁管出现裂纹或者爆裂的现象。而加入了整流罩的设计之后，则会对扁管啊当中的液体流量和流速进行控制，使其能够均匀的流动，防止出现应力集中的现象。

四、实际测试验证

想要确保新型汽车散热器能够得到效果，仅凭实验和实验数据是不足够的，还需要将其进行实际的测试，从而得出相应的数据信息。将新型的汽车散热器即加入了整流罩的散热器安装于汽车之内，再开启汽车，进行不同方向的振动。通过几次循环实验，得出相应的数据。并且检查散热器内的扁管现象，查看是否出现裂纹或者爆裂的现象，这样则可以通过实际的测试结果，得出加入整流罩设计的新型汽车散热器能够有效为汽车发动机进行降温，还可以防止内部扁管出现裂纹或者爆裂的情况。

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