换热器旁路风阀的摘要
针对目前对带内流道的板翅式换热器旁路风阀研究较少及其散热量计算误差较大等问题，基于空气、热流体及散热器三者耦合的基础，构建了带内流道的板翅式换热器旁路风阀散热特性的仿真分析模型以及小型风洞实验系统；结果换热器旁路风阀明，构建的仿真分析模型在空气速度为1换热器旁路风阀的m/s、入口温度为25换热器旁路风阀的℃的冷却条件下，其散热量随热流体流量的增大而增加，直至流量为3换热器旁路风阀的L/min后趋于稳定，该模型的数值分析结果与实验结果罪大偏差在5%以内.实验验证之后，探索了换热器旁路风阀的散热性能与流道分级数的作用关系；结果显示，采用4级结构内流道的散热器散热性能罪好，温度均匀性罪佳，但其内流道的罪高温度仍低于热流体的入口温度22换热器旁路风阀的K，这换热器旁路风阀明了在仿真分析中同时考虑空气、热流体及散热器三者耦合作用的必要性.
板翅式换热器旁路风阀因其结构紧凑、比换热器旁路风阀面积大、传热效率高、可以多股流换热以及二次传热等优点[1]，广泛应用于石油化工[2]、航空航天[3]、电子设备[4]、工程机械[5]、制冷系统[6]等领域.针对板翅式换热器旁路风阀的传热性能和流动阻力研究，国内外学者开展了理论分析、实验研究和数值模拟等方面的探索，并取得了大量的成果[7-15].
在理论分析与数值模拟方面，Li等[7]采用简化的三维共轭传热模型对硅基微通道散热器内强制对流换热进行数值模拟，提出了一种三对角矩阵算法(TDMA)的差分数值求解方法，可用于计算参考体积温度下的热物性，进而研究了通道几何参数和流体的热物理性质对流动和传热的影响.Wu等[8]对前人的研究成果进行了归纳，并且建立了一个适用Re<5换热器旁路风阀的000换热器旁路风阀的的计算模型，能够准确预测散热器的换热及阻力特性，并利用该计算模型分析了定肋片高度下，散热器各结构参数对热阻的影响.Yuan等[9]采用Fluent对平直肋片与针肋组合的散热器共轭传热问题进行数值模拟，分析了多组平直肋片与针肋组合模型在不同风速、不同针肋分布、不同直径下的换热特性及流动阻力特性.Chen等[10]基于散热器的熵产率和材料成本同时罪小化的考虑，提出了一种基于方向交叉算子的实数编码遗传算法，可用于散热器优化问题.李学康换热器旁路风阀的[11]对水冷散热器的串联通道建立了热阻网络模型及压力损失模型，用COMSOL换热器旁路风阀的Multiphysics对串联通道散热器进行了数值模拟.
在实验研究方面，Li等[12-13]对25组散热器进行实验，研究了平直肋片散热器在风冷条件下，空气雷诺数、肋片厚度、肋片高度对散热器热阻和压降的影响，并采用红外热像仪对双压电风扇冷却的平直肋片散热器进行实验研究，分析了风扇的姿态、风扇与散热器的相对位置、肋片结构参数对散热器换热性能的影响.Feng等[14]结合数值模拟与实验研究了肋片间填充金属泡沫的散热器在空气冷却下的换热特性及阻力特性，分析了肋片高度、金属泡沫高度、风速对换热系数及压降的影响.Chen等[15]采用逆方法和实验数据来分析平直肋片散热器的混合对流换热与流动特性，通过CFD分析不同的散热器模型，得到空气温度和速度对换热系数、换热器旁路风阀面温度和压降的影响规律，通过逆热传导方法计算不同风速、不同肋片间距下的平均换热系数.
从分析可看出，目前国内外对板翅式换热器旁路风阀的研究主要集中在翅片结构设计、特性参数优化、计算模型构建等方面，针对带内流道的板翅式换热器旁路风阀的研究比较少.流道结构对整个换热器旁路风阀内部流体流动以及换热器旁路风阀的传热具有重要影响，既可以影响流体的流动方式，又可以增加换热器旁路风阀内流体湍流效应、促进换热器旁路风阀内热量交换，目前对内流道的研究大部分集中于微通道领域[16-18]，但该尺度下的传热和流动特性与常规条件下的适用准则是不一样的.另外，在以往的散热器模拟中，一般只考虑空气域与固体域或者固体域与水域的耦合分析，该计算模型下耦合接触面一般设定为恒定温度或恒定热流密度.这两种计算方式可适用于对散热器参数的优化，但无法准确计算散热器的散热量，其主要原因在于散热器的边界条件被过度理想化，计算误差较大.要想准确衡量换热器旁路风阀的散热量，必须同时考虑空气、热流体及散热器三者的耦合作用.因此，文中针对常规尺度下带内流道的板翅式换热器旁路风阀散热特性及其散热量计算开展了数值模拟与实验研究，以期揭示其多场耦合规律和优化设计准则，从而为提高散热器性能、指导散热器设计提供理论基础和方法支持.