2002年8月第25卷第8期重庆大学学报（自然科学版）
（N atural S cience Ed ition ）Journal o f Chon gg i n g U n ivers it y
V o l .25N o.8
A u g .2002
文章编号：（1000-582X 2002）08-0040-04
管带式汽车散热器流动阻力与传热性能分析
朱
恂，廖
强
（重庆大学工程热物理研究所，重庆400044）
!
摘
要：以R ・编制了管带式汽车L ・W ebb 提出的汽车散热器的换热与流动阻力的理论分析为基础，
散热器的传热与流动阻力计算程序，计算结果与实验数据在常规工况范围内基本吻合。运用所编程序分析了散热器结构参数与材质对散热器流动阻力与散热性能的影响。结果表明：散热带波距是影响散热器性能的主要参数，散热量随散热带波距的减小而增加，而百叶窗开窗角度在25 ! 35 、散热带厚度在
散热量0. 045! 0.060mm 范围内变化对散热器散热量的影响较小。散热带材质由T 70铜改为纯铜时，增加40%。最后提出了提高SC 7080型汽车散热器散热量的方案。
关键词：汽车散热器；传热；风阻中国分类号：TK 414. 212；TK 124
汽车散热器是汽车冷却系统中不可缺少的一个组成部分，其性能好坏对发动机的动力性、经济性和可靠性有很大的影响。带有百叶窗的散热器具有切断散热带上气体边界层的发展、减薄边界层厚度、提高散热器
［］［］
性能的作用。R ・L ・W ebb 1! 3，J ・A ・C ow ell 4! 5，~・
［］
传热与阻力特性进行A oki 6等对其内部的流动结构、
文献标识码：A
内的传热与流动阻力特性进行了研究，编制了汽车散热器的传热与流动阻力计算程序，并由此分析了散热器结构参数与材质对散热性能的影响，提出了提高为实现散热器SC 7080型汽车散热器散热能力的方案，
结构设计计算机程序化、提高设计的准确性和最优性奠定了基础，也为实施汽车散热器散热性能改善措施提供了有效的理论依据。
了系统的研究。目前国内散热器产品中，开百叶窗的管片及管带式散热器产品所占比重明显上升，产品结构向紧凑、高效、低耗、轻量化方向发展。但国内一些汽车散热器生产厂家在散热器设计和应用过程中，对其传热与流动性能的计算方面的工作还比较欠缺，主要是通过实验加以解决。SC 7080型汽车散热器是一
种铜制带百叶窗管带式汽车散热器，其主要结构参数取自日本，但由于重庆特殊的地理、气候环境，在夏天经常出现散热器散热量不够，发动机“开锅”现象。生产厂家提出在尽量不改变散热器生产的刀具、模具，保持原有装配结构尺寸的基础上，使该散热器的散热能力提高20%。为此，我们对带百叶窗的管带式散热器
图1
散热器结构型式
管带式
芯子结构尺寸
芯宽>芯高>芯厚／mm
346>300>32
1
理论计算值与实验值的比较
［中提出了关于带百叶窗散R ・L ・W ebb 在文献1］
热带的汽车散热器的换热性能和空气侧流动阻力的理论分析和计算方法。以该理论模型为基础，我们编制了计算散热器流动阻力与传热性能的计算机程序，并计算了SC 7080型汽车散热器的散热量与风阻。SC 7080型汽车散热器的主要结构尺寸见表1。散热带上百叶窗尺寸采用SUFCOM 粗糙75A 表面轮廓度、度测试仪测量，结果见表2。表中各符号的定义如图1所示。
SC 7080型汽车散热器结构参数
冷却水管尺寸／mm 2.0>13.0
散热带数目
29
散热带节距／／mm 散热带面积m 2
3.5
3.92
冷却水管数目
56
!
收稿日期：2002-04-16
基金项目：重庆市中青年科技专家基金资助项目（94-3952）
作者简介：朱恂（，女，江苏无锡人，重庆大学副教授。主要从事工程热物理领域内传热传质研究。1968-）
第25卷第8期
朱恂等：管带式汽车散热器流动阻力与传热性能分析
41
表2
T P 12
百叶窗结构参数
L 18
T W 2
F tP 0. 06
L P 1. 3
! 30
S 12. 3
S 22. 06
T d 13
F D 32
t tP 0.
15
2
散热带结构参数对散热器性能的影响
图1
散热器与百叶窗结构简图
图2为散热器进口水温为90C ，进口风温为30C ，
冷却水流量分别为40L ／m i n 和73L ／m i n 时，SC 7080型汽车散热器传热性能计算值和实测值1）
的比较。
图2
散热器传热性能计算值与实测值比较
由图中可知，理论值与实测值基本吻合，最大相对偏差为9. 3%，且在高风速区域误差较大。图3为风阻的理论计算值与实测值的比较。风阻的理论值在低速时与实验值相差不大，但随着速度的增加，偏差增大，理论值最多低于实测值37. 5%。笔者认为在高风速区风阻理论值偏低的主要原因在于W ebb 的风阻理论计算式中只计及了散热器芯内部的沿程阻力而未计入空气进、出散热器芯产生的局部阻力损失。但在常
见的工况范围内理论值与实测值基本吻合。
图3
散热器风阻计算值与实测值比较
笔者采用编制的计算程序对不同散热带结构参数
的散热器的风阻与传热特性进行了计算，下面分别对各个结构参数的影响进行讨论。1
散热带波距对散热器性能的影响
其余参数不变，而散热带波距分别为3. 5mm 、3. 0mm 、5mm 和2. 0mm 的散热器的传热与风阻理论计算值如图4、图5所示。散热器的散热量随散热带波距的减小而增加，同时风阻也随之增大，散热器芯的重量增
加。
图4
不同散热带波距的散热器的传热性能
图5
不同散热带波距的散热器的风阻特性
2
百叶窗开窗角度对散热性能的影响
散热器百叶窗开窗角度分别为25 、30 和35 时的
性能示于图6、图7。由图中可知，随着开窗角度的增加，散热器的散热量和风阻都随之增加，但散热量的增加幅度很小。
1）SC 7080型散热器综合性能试验报告，1993。
2. 2. 2.
42
重庆大学学报（自然科学版）
2002年
图6
百叶窗开窗角度对传热性能的影响
图7
百叶窗开窗角度对风阻特性的影响
3
散热带材质和厚度对散热器性能的影响
图8为散热带材料为纯铜（导热系数为398W ／m ・C ）
、铜（导热系数为167W ／（m ・C ）和70铜（导热系数为109W ／（m ・C ））、散热带波距为3. 5mm 、
百叶窗开窗角度为30 、冷却水流量为40L ／m i n 时，散热器的散热量、风阻与空气流速的关系图。散热带材质对散热器散热性能影响较大，带材为纯铜时比70铜的散热量高40%多。经计算纯铜散热带肋化效率为0. 85，而铜约为0. 62。因此提高散热带材料的导热系数主要使散热带肋化效率增加，从而提高了风侧换热性能，使整台散热器的散热量增大。图8、图9中还示出了散热带带材为70铜、厚度分别为0. 060mm 、0. 045mm 散热器的散热与风阻特性。由图中可知，散热器的散热量和风阻随带厚度的增加而增大，在本文的带厚度变化范围内，
带厚度对散热器的换热和风阻的影响较小。
图8
不同散热带材质和厚度的散热器的传热性能
图9
不同散热带厚度的散热器的风阻特性
SC 7080型汽车散热器改进方案
根据前述的分析结果，笔者将S C 7080型汽车散热器
的散热带的波距由原来的3. 5mm 减小至2. 6mm ，同时将散热带厚度由原来的0. 060mm 减薄至0. 045mm ，其余结构尺寸不变。计算结果见图10、图11。改进后的散热器的散热量将比原散热器增加22. 4%，风阻增大
0%，
而散热器芯重量由1. 517k g 增加到1. 525g ，
重量几乎不变。从理论计算而言，这种方案完全能够满足生产厂家的要求，而且在实现该方案时，将不用改变各主要的生产工艺、刀具、
模具。
图10SC 7080
型汽车散热器改进前后传热性能比较
图11SC 7080型汽车散热器改进前后风阻特性比较
3
13. k 2. 9070
第25卷第8期
朱恂等：管带式汽车散热器流动阻力与传热性能分析
43
4
结论
1）以R ・L ・W ebb 理论模型为基础编制的计算机程序获得的SC 7080型汽车散热器的传热和风阻性能与实测值相比较，在常规的工况范围内基本吻合。
2）散热带的波距是影响散热器性能的主要参数。百叶窗开窗角度在25 ! 35 、散热带厚度在0. 045! 0. 060mm 范围内变化对散热器散热量的影响较小。散热带材质由T 70铜改为纯铜时，散热量增加40%。3）把SC 7080型汽车散热器的散热带波距缩短为
散热带厚度减薄至0. 045mm ，能够达到提高散2. 6mm ，
热量22. 4%的要求；而风阻仅增加13. 0%，散热器重量几乎保持不变。该方案在工程中的实施非常方便。4）本理论计算结果和散热器改进方案有待实验和工程应用的进一步验证。
［1］W EBB R L . P red iction o f H eat T ransf er and F riction f or
t he L ouver F i n g eom etr y ［J ］. J o f H eat T ransf er ，1992，114：893. ［2］
W E B B R L . T he F low S tructure in the L ouvred F in H eat
［A ］E x chan g e r g eom e tr y . S A E ，1990，900722：1-12.
［3］W EBB R L ，FARRELL P A. I m p roved T her m al and
M echan ical d es i g n o f C o pp er ／B rass R ad iators ［A ］. SAE ，1990，900724：737-750.
［4］COW ELL T A ，HE I KA I M R ，ACHA I CH I A A. F low and
H eat T ransf er i n C om p act Louvred F i n S urf aces ［A ］. Exchan g er T echno lo gy 1993，E lsevier
549-560. S cience Pub lishers B V 1993，
［5］ACHA I CH I A A ，COW ELL T A. H eat T ransf er and p ressure
A eros p ace H eat
d ro p Characteristics o f F lat T ube and L ouvered p late F i n
［surf aces J ］.Ex p eri m ental T her m al and F lui d S cience ，1988，（：1）147-157.
［6］A OK I H ，SH I NA g A W A T ，SUg A K . A n E x p eri m en ta l stud y o f
the L o ca l H eat T rans fer C haracteristics in A utom o tive L ouvered
［F in J ］.E x p eri m en ta l T her m a l and F lu id S c ience ，1989，2：293-300.
参考文献：
A ir pressure d ro p and h eat transfer perf or m ance
f or t he Aut o m oti ve radi at or
ZHU xun ，Ll AO o i on 9
（Institute o f En g i neeri n g T her m o p h y s ics ，C hon gg i n g U n ivers it y ，C hon gg i n g 400044，C h i na ）
Abstract ：A com p utation p ro g ra m based on W ebb ’s m odel f or heat transf er and air p ressure dro p o f t he autom obile
radiators w it h louvered fi ns is a pp lied to p redict t he heat transf er and air flow friction characteristics o f SC 7080t yp e radiator f or m i n car . T he p redicted data f or heat load and air p ressure dro p are basicall y i n a g ree m ent w it h t he ex p eri m ental data i n t he sa m e o p erati n g condition. E ff ects o f t he g eom etric struct ure and t her m al conducti vit y o f t he louvered fi ns on heat transf er and air flowfriction i n t he radiators are eval uated i n virt ue o f t he com p utation p ro g ra m. T he com p uted results show t hat t he ri bbon s p ace o f louvered fi ns has si g nificant i nfl uences on heat transf er and air
it h t he decrease o f ri bbon s p ace ，heat load and air p ressure dro p i ncrease. T he an g le o f louver and t he p ressure dro p . W
t hickness o f ri bbon have a f e wi nfl uence on heat load o f t he radiators when t he an g le o f louver ran g es bet w een 25 and
35 and t he t hickness o f ri bbon bet w een 0. 045mm and 0. 06mm. If t he ori g i nal m aterial ，T 70t yp e co pp er ，o f louvered fi ns are substit uted w it h p ure co pp er ，t he head load o f radiator w ill be i ncreased b y 40%. F i nall y ，an o p ti m u m sche m e is p ro p osed to i m p rove heat transf er p erf or m ance o f SC 7080t yp e radiator . K e y words ：autom oti ve radiator ；heat transf er ；air p ressure dro p
（责任编辑
张
苹）
2002年8月第25卷第8期重庆大学学报（自然科学版）
（N atural S cience Ed ition ）Journal o f Chon gg i n g U n ivers it y
V o l .25N o.8
A u g .2002
文章编号：（1000-582X 2002）08-0040-04
管带式汽车散热器流动阻力与传热性能分析
朱
恂，廖
强
（重庆大学工程热物理研究所，重庆400044）
!
摘
要：以R ・编制了管带式汽车L ・W ebb 提出的汽车散热器的换热与流动阻力的理论分析为基础，
散热器的传热与流动阻力计算程序，计算结果与实验数据在常规工况范围内基本吻合。运用所编程序分析了散热器结构参数与材质对散热器流动阻力与散热性能的影响。结果表明：散热带波距是影响散热器性能的主要参数，散热量随散热带波距的减小而增加，而百叶窗开窗角度在25 ! 35 、散热带厚度在
散热量0. 045! 0.060mm 范围内变化对散热器散热量的影响较小。散热带材质由T 70铜改为纯铜时，增加40%。最后提出了提高SC 7080型汽车散热器散热量的方案。
关键词：汽车散热器；传热；风阻中国分类号：TK 414. 212；TK 124
汽车散热器是汽车冷却系统中不可缺少的一个组成部分，其性能好坏对发动机的动力性、经济性和可靠性有很大的影响。带有百叶窗的散热器具有切断散热带上气体边界层的发展、减薄边界层厚度、提高散热器
［］［］
性能的作用。R ・L ・W ebb 1! 3，J ・A ・C ow ell 4! 5，~・
［］
传热与阻力特性进行A oki 6等对其内部的流动结构、
文献标识码：A
内的传热与流动阻力特性进行了研究，编制了汽车散热器的传热与流动阻力计算程序，并由此分析了散热器结构参数与材质对散热性能的影响，提出了提高为实现散热器SC 7080型汽车散热器散热能力的方案，
结构设计计算机程序化、提高设计的准确性和最优性奠定了基础，也为实施汽车散热器散热性能改善措施提供了有效的理论依据。
了系统的研究。目前国内散热器产品中，开百叶窗的管片及管带式散热器产品所占比重明显上升，产品结构向紧凑、高效、低耗、轻量化方向发展。但国内一些汽车散热器生产厂家在散热器设计和应用过程中，对其传热与流动性能的计算方面的工作还比较欠缺，主要是通过实验加以解决。SC 7080型汽车散热器是一
种铜制带百叶窗管带式汽车散热器，其主要结构参数取自日本，但由于重庆特殊的地理、气候环境，在夏天经常出现散热器散热量不够，发动机“开锅”现象。生产厂家提出在尽量不改变散热器生产的刀具、模具，保持原有装配结构尺寸的基础上，使该散热器的散热能力提高20%。为此，我们对带百叶窗的管带式散热器
图1
散热器结构型式
管带式
芯子结构尺寸
芯宽>芯高>芯厚／mm
346>300>32
1
理论计算值与实验值的比较
［中提出了关于带百叶窗散R ・L ・W ebb 在文献1］
热带的汽车散热器的换热性能和空气侧流动阻力的理论分析和计算方法。以该理论模型为基础，我们编制了计算散热器流动阻力与传热性能的计算机程序，并计算了SC 7080型汽车散热器的散热量与风阻。SC 7080型汽车散热器的主要结构尺寸见表1。散热带上百叶窗尺寸采用SUFCOM 粗糙75A 表面轮廓度、度测试仪测量，结果见表2。表中各符号的定义如图1所示。
SC 7080型汽车散热器结构参数
冷却水管尺寸／mm 2.0>13.0
散热带数目
29
散热带节距／／mm 散热带面积m 2
3.5
3.92
冷却水管数目
56
!
收稿日期：2002-04-16
基金项目：重庆市中青年科技专家基金资助项目（94-3952）
作者简介：朱恂（，女，江苏无锡人，重庆大学副教授。主要从事工程热物理领域内传热传质研究。1968-）
第25卷第8期
朱恂等：管带式汽车散热器流动阻力与传热性能分析
41
表2
T P 12
百叶窗结构参数
L 18
T W 2
F tP 0. 06
L P 1. 3
! 30
S 12. 3
S 22. 06
T d 13
F D 32
t tP 0.
15
2
散热带结构参数对散热器性能的影响
图1
散热器与百叶窗结构简图
图2为散热器进口水温为90C ，进口风温为30C ，
冷却水流量分别为40L ／m i n 和73L ／m i n 时，SC 7080型汽车散热器传热性能计算值和实测值1）
的比较。
图2
散热器传热性能计算值与实测值比较
由图中可知，理论值与实测值基本吻合，最大相对偏差为9. 3%，且在高风速区域误差较大。图3为风阻的理论计算值与实测值的比较。风阻的理论值在低速时与实验值相差不大，但随着速度的增加，偏差增大，理论值最多低于实测值37. 5%。笔者认为在高风速区风阻理论值偏低的主要原因在于W ebb 的风阻理论计算式中只计及了散热器芯内部的沿程阻力而未计入空气进、出散热器芯产生的局部阻力损失。但在常
见的工况范围内理论值与实测值基本吻合。
图3
散热器风阻计算值与实测值比较
笔者采用编制的计算程序对不同散热带结构参数
的散热器的风阻与传热特性进行了计算，下面分别对各个结构参数的影响进行讨论。1
散热带波距对散热器性能的影响
其余参数不变，而散热带波距分别为3. 5mm 、3. 0mm 、5mm 和2. 0mm 的散热器的传热与风阻理论计算值如图4、图5所示。散热器的散热量随散热带波距的减小而增加，同时风阻也随之增大，散热器芯的重量增
加。
图4
不同散热带波距的散热器的传热性能
图5
不同散热带波距的散热器的风阻特性
2
百叶窗开窗角度对散热性能的影响
散热器百叶窗开窗角度分别为25 、30 和35 时的
性能示于图6、图7。由图中可知，随着开窗角度的增加，散热器的散热量和风阻都随之增加，但散热量的增加幅度很小。
1）SC 7080型散热器综合性能试验报告，1993。
2. 2. 2.
42
重庆大学学报（自然科学版）
2002年
图6
百叶窗开窗角度对传热性能的影响
图7
百叶窗开窗角度对风阻特性的影响
3
散热带材质和厚度对散热器性能的影响
图8为散热带材料为纯铜（导热系数为398W ／m ・C ）
、铜（导热系数为167W ／（m ・C ）和70铜（导热系数为109W ／（m ・C ））、散热带波距为3. 5mm 、
百叶窗开窗角度为30 、冷却水流量为40L ／m i n 时，散热器的散热量、风阻与空气流速的关系图。散热带材质对散热器散热性能影响较大，带材为纯铜时比70铜的散热量高40%多。经计算纯铜散热带肋化效率为0. 85，而铜约为0. 62。因此提高散热带材料的导热系数主要使散热带肋化效率增加，从而提高了风侧换热性能，使整台散热器的散热量增大。图8、图9中还示出了散热带带材为70铜、厚度分别为0. 060mm 、0. 045mm 散热器的散热与风阻特性。由图中可知，散热器的散热量和风阻随带厚度的增加而增大，在本文的带厚度变化范围内，
带厚度对散热器的换热和风阻的影响较小。
图8
不同散热带材质和厚度的散热器的传热性能
图9
不同散热带厚度的散热器的风阻特性
SC 7080型汽车散热器改进方案
根据前述的分析结果，笔者将S C 7080型汽车散热器
的散热带的波距由原来的3. 5mm 减小至2. 6mm ，同时将散热带厚度由原来的0. 060mm 减薄至0. 045mm ，其余结构尺寸不变。计算结果见图10、图11。改进后的散热器的散热量将比原散热器增加22. 4%，风阻增大
0%，
而散热器芯重量由1. 517k g 增加到1. 525g ，
重量几乎不变。从理论计算而言，这种方案完全能够满足生产厂家的要求，而且在实现该方案时，将不用改变各主要的生产工艺、刀具、
模具。
图10SC 7080
型汽车散热器改进前后传热性能比较
图11SC 7080型汽车散热器改进前后风阻特性比较
3
13. k 2. 9070
第25卷第8期
朱恂等：管带式汽车散热器流动阻力与传热性能分析
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4
结论
1）以R ・L ・W ebb 理论模型为基础编制的计算机程序获得的SC 7080型汽车散热器的传热和风阻性能与实测值相比较，在常规的工况范围内基本吻合。
2）散热带的波距是影响散热器性能的主要参数。百叶窗开窗角度在25 ! 35 、散热带厚度在0. 045! 0. 060mm 范围内变化对散热器散热量的影响较小。散热带材质由T 70铜改为纯铜时，散热量增加40%。3）把SC 7080型汽车散热器的散热带波距缩短为
散热带厚度减薄至0. 045mm ，能够达到提高散2. 6mm ，
热量22. 4%的要求；而风阻仅增加13. 0%，散热器重量几乎保持不变。该方案在工程中的实施非常方便。4）本理论计算结果和散热器改进方案有待实验和工程应用的进一步验证。
［1］W EBB R L . P red iction o f H eat T ransf er and F riction f or
t he L ouver F i n g eom etr y ［J ］. J o f H eat T ransf er ，1992，114：893. ［2］
W E B B R L . T he F low S tructure in the L ouvred F in H eat
［A ］E x chan g e r g eom e tr y . S A E ，1990，900722：1-12.
［3］W EBB R L ，FARRELL P A. I m p roved T her m al and
M echan ical d es i g n o f C o pp er ／B rass R ad iators ［A ］. SAE ，1990，900724：737-750.
［4］COW ELL T A ，HE I KA I M R ，ACHA I CH I A A. F low and
H eat T ransf er i n C om p act Louvred F i n S urf aces ［A ］. Exchan g er T echno lo gy 1993，E lsevier
549-560. S cience Pub lishers B V 1993，
［5］ACHA I CH I A A ，COW ELL T A. H eat T ransf er and p ressure
A eros p ace H eat
d ro p Characteristics o f F lat T ube and L ouvered p late F i n
［surf aces J ］.Ex p eri m ental T her m al and F lui d S cience ，1988，（：1）147-157.
［6］A OK I H ，SH I NA g A W A T ，SUg A K . A n E x p eri m en ta l stud y o f
the L o ca l H eat T rans fer C haracteristics in A utom o tive L ouvered
［F in J ］.E x p eri m en ta l T her m a l and F lu id S c ience ，1989，2：293-300.
参考文献：
A ir pressure d ro p and h eat transfer perf or m ance
f or t he Aut o m oti ve radi at or
ZHU xun ，Ll AO o i on 9
（Institute o f En g i neeri n g T her m o p h y s ics ，C hon gg i n g U n ivers it y ，C hon gg i n g 400044，C h i na ）
Abstract ：A com p utation p ro g ra m based on W ebb ’s m odel f or heat transf er and air p ressure dro p o f t he autom obile
radiators w it h louvered fi ns is a pp lied to p redict t he heat transf er and air flow friction characteristics o f SC 7080t yp e radiator f or m i n car . T he p redicted data f or heat load and air p ressure dro p are basicall y i n a g ree m ent w it h t he ex p eri m ental data i n t he sa m e o p erati n g condition. E ff ects o f t he g eom etric struct ure and t her m al conducti vit y o f t he louvered fi ns on heat transf er and air flowfriction i n t he radiators are eval uated i n virt ue o f t he com p utation p ro g ra m. T he com p uted results show t hat t he ri bbon s p ace o f louvered fi ns has si g nificant i nfl uences on heat transf er and air
it h t he decrease o f ri bbon s p ace ，heat load and air p ressure dro p i ncrease. T he an g le o f louver and t he p ressure dro p . W
t hickness o f ri bbon have a f e wi nfl uence on heat load o f t he radiators when t he an g le o f louver ran g es bet w een 25 and
35 and t he t hickness o f ri bbon bet w een 0. 045mm and 0. 06mm. If t he ori g i nal m aterial ，T 70t yp e co pp er ，o f louvered fi ns are substit uted w it h p ure co pp er ，t he head load o f radiator w ill be i ncreased b y 40%. F i nall y ，an o p ti m u m sche m e is p ro p osed to i m p rove heat transf er p erf or m ance o f SC 7080t yp e radiator . K e y words ：autom oti ve radiator ；heat transf er ；air p ressure dro p
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