1、1基于 Fluent 的板翅式散热器串联与并联的风量计算摘要：计算流体力学（Computational Fluid Dynamics，简称CFD）是建立在经典流体力学与数值计算方法基础之上的一门独立学科，CFD 软件的代表就是 FLUENT，通过对散热器在并联与串联过程中，如何进行风量的计算，本文通过 fluent 的模拟，研究了一种新的计算方法，从而解决了散热器并联与串联的风量分配问题。 关键字：板翅式散热器、并联、串联、Fluent 绪论 计算流体力学（Computational Fluid Dynamics，简称 CFD）是建立在经典流体力学与数值计算方法基础之上的一门新型独立学科，通过
2、计算机数值计算和图象显示的方法，在时间和空间上定量描述流场的数值解，从而达到对物理问题研究的目的。 CFD 软件的代表就是 FLUENT，FLUENT 软件有着深厚的工业背景，是通用的 CFD 软件，在层流、转捩和湍流、传热、多相流、化学反应等方面有着广泛的应用。 散热器作为重要的节能设备，在国民经济的各个部门都有着广泛的应用。由于新的排放标准的不断提高，对于散热器的要求越来越高，新的排列方式也不断出现。 一、 影响散热器换热的因素分析 对于一个散热器，对于其散热能力的评价，常常通过如下公式体现，2Q=K*F*Tm ，其中 Q 为散热量，K 为传热系数，F 一般为冷侧的有效传热面积，Tm 为冷
3、热侧的对数平均温差。 传热系数 K 常常被认为是衡量一个散热器换热能力的关键指标，通过表 1 与表 2 的标准件正交试验设计表与因子误差贡献率，对于标准件的传热系数 K，主要的影响因子就是冷边流量，冷边结构和芯子厚度，而流量对传热系数的影响表现的更为突出，因此，对于散热器的风量的准确计算也就变得至关重要。 二、 散热器串联与并联的风量分析 由于在主机中，换热系统的空间变得越来越小，对散热器的换热能力要求越来越高，因此常常很难保证散热器仍然有足够的散热余量。因此准确的计算散热器的散热量，特别的准确计算通过散热器的风量，都对最终散热器能否满足主机要求产生重要影响，而由于主机新的要求，为了节约主机空
4、间，散热器的并联方式与串联方式正变得越来越普遍，因此，需要准确计算通过并联与串联散热器的风量，从而准确计算散热器的散热能力，最终满足主机要求。 对于串联方式的散热器，如果不考虑散热器之间的风量泄露量，那么就可以认定通过串联方式的散热器风量一致，而对于并联方式的散热器，则可以认定并联散热器的前后压差一致。 1. 串联散热器的风量计算 对于串联散热器的风量计算，因为通过散热器的风量一致，所以，通过前后散热器的风阻曲线的叠加，就可以求出串联模型的风阻曲线，其与相配风扇的静压曲线相交的交点即为该串联模型下的风量。图 1 是3Bst1B 翅片与 Bst4B 翅片结构的风阻曲线，其串联后的风阻与风量变化。
5、 2. 并联散热器的风量计算 对于并联方式的散热器，散热器的前后压差一致，其计算程序如下：对于面积权数的计算，即各个芯体自由流通面积占总自由流通面积下的百分比。如两种芯体，分别为 A 和 B，A 的自由流通面积为 FA，B 的自由流通面积为 FB，所以芯体 A 的面积权数：FA/（FA+FB） ，芯体 B 的面积权数：FB/（FA+FB） 。 现以三角形波纹型翅片与矩形波纹型翅片为例： a） 通过模拟和实验得到三角形翅片与矩形翅片的风阻曲线，通过拟合后得到：z1=f1（x） （三角形翅片的风阻曲线函数） ，z2=f2（x） （矩形翅片的风阻曲线函数） ，其中 x 代表自由流通面积下的流速； b
6、） 计算得到芯体三角形和矩形的自由流通面积，三角形的自由流通面积为 FA，矩形的自由流通面积为 FB，所以三角形的面积权数：FA/（FA+FB） ，矩形的面积权数：FB/（FA+FB） ； c） 并联模型的风阻曲线即为：Z= （FA/（FA+FB） ）*Z1+ （FB/（FA+FB） ）*Z2； d） 与相配的风扇的静压曲线相交，形成交点，得到并联模型的风量 Q 与风阻 Z； e） 由风阻 Z 代入到 z1=f1（x） （三角形翅片的风阻曲线函数）和z2=f2（x） （矩形翅片的风阻曲线函数）中，通过单值变量求解得到通过三角形和矩形的自由流通面积流速，然后与相应的自由流通面积相乘，4即得到通过
7、各个芯体的流量 Q1 和 Q2。 三、 基于 Fluent 模拟对并联方式下风量分配的验证 对于串联结构，由于模型简单，也不存在假设，所以主要针对的是对于并联方式下的风量分配计算。 现以现以三角形翅片与矩形翅片为例，图 3 是翅片结构的主要模型。主要过程就是先进行每个翅片结构的风阻模拟，然后将两个模型合并，模拟整个模型的风阻情况，并最终将模拟数据与通过上述方法计算的数据进行对比，从而验证所提出的方法的正确性。 通过以上的相关数据，可以看出，通过面积权数的方法进行并联方式的风量分配是有效地。 四、 结论 本文通过计算、模拟等方法，得到了通过面积权数的方法对串并联方式下散热器的风量计算，为散热器散热量的准确计算，并最终满足客户要求提供了依据。 参考文献： 1 Kays W M ， London A L. Compact heat exchangersM . 3rd ed. New York ： McGraw Hill ，1984. 2 杨世铭，陶文铨。 传热学M第三版。高等教育出版社，1998。 3 Fluent company。FLUENT 6.3 Users GuideM，2006。
