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1、扬 州 市 职 业 大 学毕 业 设 计（论 文）设计（论文）题目：工程机械热交换器温度控制系统的优化设计与研究系别：机械工程学院专业：机械制造及自动化专业班级：10专接本（1）班姓名：学号：104610252084指导老师：完成时间：2012年5月目 录目 录2摘 要1主要符号表3第一章 绪论21.1散热器的分类21.2 汽车散热器概述31.2.1 汽车散热器的原理31.2.2 汽车散热器的结构31.2.3 汽车散热器的材料及加工工艺41.3 散热器存在的问题5第二章 汽车散热器结构设计62.1 散热管62. 2散热带62.3主片及上下水室72.4散热器的固定框架72.5散热水管8第三章 管
2、带式散热器传热过程的理论分析93.1 管带式散热器的传热计算93.1.1 散热面积的计算93.1.2 当量直径的计算93.1.3 对数平均温差t m103.1.4 传热系数K103.1.4.1 总传热系数K103.1.4.2 气侧换热系数Ho123.1.4.3 水侧换热系数hi123.2 散热器阻力计算133.2.1风侧阻力133.2.2 水侧阻力14第四章 提高散热器散热性能的有效途径154.1 改善传热系数154.2 增加对数平均温差164.3 扩大传热面积F174.4 减少散热器重量17第五章 管带式散热器的校核和设计方案19方案一：芯子的正面尺寸不变，通过改变芯子厚度来达到不同的散热要
3、求。19方案二：芯子的外观尺寸不变，通过改变芯子中水管通流截面的结构尺寸，改变管带结构尺寸达到不同的散热要求。20第六章 管带数学模型的建立216.1 设计中的原始数据和设计工况216.2 优化问题的确定216.3 数学模型的建立226.3.1 建立目标函数226.3.2 建立约束函数23第七章 基于MATLAB优化工具箱实现管带数学模型求解257.1 Matlab的产生与发展257.2 MATLAB的优势与特点267.3 管带优化方法的选择277.4 设计结果及比较分析29总结32致谢33参考文献34w摘 要随着汽车工业的飞跃发展，对发动机散热器的要求也越来越高。在保证散热器具有足够散热能力
4、和强度的前提下，体积更小、重量更轻、管壁及带材更薄、散热效率更高成了散热器发展的必然趋势，所以实现散热器的优化设计已经具有紧迫性。本文阐述了管带式散热器的结构，工作原理；研究了管带式散热器的传热和流动阻力特性；散热器性能强化的有效途径：改善传热系数K，增加对数平均温差tm，扩大散热面积F，减轻散热器的的重量M；探讨管带式散热器的校核和设计方法；管带式散热器的优化设计。本文通过对金叶水箱厂MHD284散热器结构进行优化，运用计算机编程，在MATLAB环境中建立管带式的数学模型，分析其传热及阻力特性，以实现性能的最优化。关键词：管带式；散热器；传热分析；优化设计；MATLABAbstractWit
5、h the rapid development of automobile industry, the requirement of the engine radiator more and more is also high. In guarantee radiator cooling capacity and with sufficient strength, under the premise of smaller, lighter weight and wall and more thin strip, the cooling efficiency higher become an i
6、nevitable trend in the development of radiator, so realize the optimization design of the radiator has urgency.This paper introduces the structure of the type radiator, principle of work, The research introduces type radiator of the heat transfer and flow resistance characteristic; The effective way
7、s to strengthen the radiator performance: improve the heat transfer coefficient K, increase the logarithmic mean temperature difference enables delta tm, expand the cooling area F, reduce the weight of the radiator M; Discusses the type radiator both test and design methods; Both side of the optimiz
8、ation design of the radiator.This article through to the gold leaf water tank factory MHD284 radiator structure optimization, using computer programming, in the MATLAB environment in which to set up the both side of mathematical model, analyzes its heat transfer and the resistance character, in orde
9、r to realize the optimum performance.Keywords: both type; The radiator; Heat transfer analysis; Optimization design; MATLAB主要符号表wa：扁平管截面宽mmb：扁平管截面长mmF：传热面积h：换热系数：导热系数Re：雷诺数D：当量直径mmA：截面周长U：截面周长mm：密度Pr：普朗克常数：比热Nu：努赛尔数：风侧压力差Q：散热量W：空气质量流量H：管间距mm：翅片间距mm：翅片厚度mm：翅片宽度mm：百叶窗间距mm：百叶窗宽度mmL：水管长mm：管带宽mm：对数平均温差K：
10、总传热系数：传热因子：范宁摩擦因子：动力粘度：运动粘度：流速：开窗角度N：管带数目第一章 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
11、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
12、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
13、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
14、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：表1.1 典型百叶窗孔的结构尺寸芯子的厚度mm百叶窗角度C百叶窗间距mm百叶窗缝长mm16-5220-321.1-1.56-750-9020-281.1-1.66-7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
