图一
这是散热器模型的网格划分图,采用结构化网格为主、局部非结构化网格为辅的策略。在管壁附近设置了边界层网格(膨胀层),以精确捕捉近壁面的速度和温度梯度。经过网格独立性验证(从A-Mesh的12万节点逐步细化到E-Mesh的18.7万节点),最终选用E-Mesh进行正式模拟。网格独立性检验显示,从D-Mesh到E-Mesh的温度变化仅0.27℃,满足精度要求
图二
该示意图展示了冷却液在散热器中的流动方向(自上而下)和各项边界条件的设置位置。包括:入口温度80℃、入口流速0.106 m/s、质量流量0.03 kg/s、环境温度27.85℃、风扇转速1500 RPM等。湍流模型选用realizable k-ε模型配合增强壁面处理
图三
研究团队自主搭建的闭式循环实验台架,包含:汽车散热器总成(铜管+翅片)、50L聚碳酸酯储液罐、50W离心泵、12mm内径柔性管路、轴流冷却风扇(8叶片、直径265mm)、数字热电偶(进出口测温)、压力表(测压降)。整个装置安装在600mm×400mm×700mm的钢制框架上。这个台架用于验证CFD模拟结果的准确性
图四
四组云图清晰地展示了随纳米颗粒浓度增加,散热效果持续提升的趋势:
从2%到5%,降温幅度从9.33℃提升至19.13℃,增幅超过一倍-
图五
该柱状图汇总了CFD模拟得到的各浓度下的出口温度数据,直观展示了随Al₂O₃浓度从0%增加到5%,出口温度呈近似线性下降的趋势。纯EG为70.11℃,5%浓度时降至60.87℃,总降温幅度19.13℃
图六
散点图对比了CFD模拟结果(蓝色)和实验测量结果(红色)在不同浓度下的出口温度。两者变化趋势高度一致,平均偏差约5%。实验值略高于CFD预测值,主要因为CFD模拟基于稳态假设(理想边界条件、均匀入口流速、均匀气流分布),而实际实验存在气流不均匀、环境温度波动、热辐射损失、纳米颗粒团聚/沉降等非理想因素