摘要：文章選擇了三種結(jié)構(gòu)不同的散熱結(jié)構(gòu)作為樣本并進(jìn)行對比，完成車用交流發(fā)電機(jī)整流橋散熱結(jié)構(gòu)的模擬分析，從散熱結(jié)構(gòu)表面溫度場分析、散熱結(jié)構(gòu)內(nèi)部流體溫度場分析、散熱結(jié)構(gòu)內(nèi)部流體速度場分析這三方面入手，確定出散熱性能更強(qiáng)的散熱結(jié)構(gòu)形式。

　　引言：為確保汽車交流發(fā)電機(jī)整流橋能夠長時(shí)間平穩(wěn)、安全運(yùn)行，配套設(shè)置優(yōu)質(zhì)的散熱器是必然選擇，避免整流橋運(yùn)行在過高溫度條件下，從而達(dá)到規(guī)避高溫事故發(fā)生的效果。而對于散熱器而言，其散熱結(jié)構(gòu)的不同會(huì)生成差異性的散熱成效，選取散熱性能更為理想的散熱結(jié)構(gòu)完成整流橋散熱器的制作極為必要。

　　一、車用交流發(fā)電機(jī)整流橋散熱結(jié)構(gòu)的模擬分析

　?。ㄒ唬┱鳂蛏峤Y(jié)構(gòu)的技術(shù)參數(shù)

　　選取的水冷散熱器主要技術(shù)參數(shù)如下所示：散熱器的長度為480毫米；散熱器的寬度為155毫米；散熱器的深度為30毫米；冷卻液體流量為每秒6.74×10-3立方米。

　　（二）數(shù)值模擬散熱結(jié)構(gòu)的散熱效果分析方法

　　選取流量相同且進(jìn)出口截面積相同的三種不同結(jié)構(gòu)水冷散熱器展開對比分析，設(shè)定這三種散熱器分別為散熱結(jié)構(gòu)A、散熱結(jié)構(gòu)B以及散熱結(jié)構(gòu)C。其中，散熱結(jié)構(gòu)A主要在進(jìn)水口位置引入了多管道彎曲設(shè)計(jì)的方式，促使進(jìn)入該結(jié)構(gòu)內(nèi)的流體速度大幅下降，并在出水口區(qū)域?qū)嵤┢街惫艿涝O(shè)計(jì)模式，以此確保流體加熱升溫后能夠在更短時(shí)間內(nèi)排出散熱結(jié)構(gòu)。散熱結(jié)構(gòu)B 主要應(yīng)用了對稱設(shè)計(jì)的方法落實(shí)管道布置，基本結(jié)構(gòu)情況與散熱結(jié)構(gòu)A保持一致，不同的是散熱結(jié)構(gòu)B對水冷板與出水口之間的對流換熱面積進(jìn)行了適當(dāng)增加。散熱結(jié)構(gòu)C主要利用了多條細(xì)管道并聯(lián)形式，以此實(shí)現(xiàn)對“窄管效應(yīng)”的充分利用，提升流體流速并同時(shí)降低流體截面積，盡可能實(shí)現(xiàn)對流換熱效果的增強(qiáng)。

　　二、數(shù)值計(jì)算結(jié)果與分析

　?。ㄒ唬┥峤Y(jié)構(gòu)表面溫度場分析

　　針對各個(gè)散熱結(jié)構(gòu)表面溫度場進(jìn)行分析，得到的結(jié)果如下所示：第一，散熱結(jié)構(gòu)A的最高溫度維持在37.6℃，溫升達(dá)到7.6K，在三種散熱結(jié)構(gòu)中保持在最大水平，顯現(xiàn)出的散熱效果最不理想。觀察該結(jié)構(gòu)的整體溫度場可了解到，其下部溫度更低，且上下部溫度差能夠達(dá)到4K；距離該結(jié)構(gòu)更近的元件存在更為大的溫升數(shù)值。第二，散熱結(jié)構(gòu)B的最高溫度維持在 36.9℃，溫升達(dá)到6.9K，所顯現(xiàn)出的實(shí)際散熱效果優(yōu)于散熱結(jié)構(gòu)A。對產(chǎn)生這一結(jié)果的原因進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)由于該結(jié)構(gòu)使用了出水口對稱設(shè)計(jì)的模式，所以鋁基板與冷卻水之間的接觸面積增大，因此能夠獲得更好的散熱效果，且溫度場分布更為均勻。第三，散熱結(jié)構(gòu)C的最高溫度維持在34.3℃，溫升達(dá)到 4.3K，在三種散熱結(jié)構(gòu)中保持在最小水平，顯現(xiàn)出的散熱效果最為理想。對產(chǎn)生這一結(jié)果的原因進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)由于該結(jié)構(gòu)使用了多條細(xì)冷卻水管道并聯(lián)的設(shè)計(jì)模式，所以鋁基板與冷卻水之間的接觸面積（對流換熱面積）進(jìn)一步增大，因此能夠獲得更好的散熱效果[1]。同時(shí)，其上部溫度更高、出水口區(qū)域溫度最高。

　?。ǘ┥峤Y(jié)構(gòu)內(nèi)部流體溫度場分析

　　針對各個(gè)散熱結(jié)構(gòu)的內(nèi)部流體溫度場進(jìn)行分析，得到的結(jié)果如下所示：在冷卻水進(jìn)入三種散熱結(jié)構(gòu)時(shí)，溫度均保持在30℃；在散熱結(jié)構(gòu)A以及散熱結(jié)構(gòu)B中，當(dāng)冷卻水經(jīng)過第4個(gè) IGBT元件后，其溫度呈現(xiàn)出明顯增高的狀態(tài)；在散熱結(jié)構(gòu)C中，當(dāng)冷卻水經(jīng)過第2個(gè)IGBT元件后，其溫度呈現(xiàn)出明顯增高的狀態(tài)。對上述結(jié)果落實(shí)進(jìn)一步分析，能夠了解到的是，在冷卻水流量相同的條件下，散熱結(jié)構(gòu)C能夠帶走的熱量維持在更高水平[2]，換言之，相比于散熱結(jié)構(gòu)A以及散熱結(jié)構(gòu)B，散熱結(jié)構(gòu)C 所發(fā)揮出的對流換熱效果更為理想。

　?。ㄈ┥峤Y(jié)構(gòu)內(nèi)部流體速度場分析

　　針對各個(gè)散熱結(jié)構(gòu)的內(nèi)部流體速度場進(jìn)行分析，得到的結(jié)果如下所示：第一，散熱結(jié)構(gòu)A下層所應(yīng)用的結(jié)構(gòu)形式為多重彎折形式，此時(shí)，在拐彎進(jìn)口位置能夠獲取到更大的冷卻水流速，并在過彎后其流速大幅下降。其下層所應(yīng)用的結(jié)構(gòu)形式為平直分布形式，冷卻水在其中的整體流速較為平緩，大小與方向基本保持一致，流速大小平均為每秒0.5米。第二，散熱結(jié)構(gòu) B所應(yīng)用的結(jié)構(gòu)形式為對稱形式，此時(shí)，下層冷卻水流體的流速能夠與出口管道內(nèi)的流體流速保持在對稱分布的狀態(tài)，所顯現(xiàn)出的流速大小平均為每秒0.5米，與散熱結(jié)構(gòu)A基本保持相同水平。第三，散熱結(jié)構(gòu)C所應(yīng)用的結(jié)構(gòu)形式為多條細(xì)管道并聯(lián)形式，以此實(shí)現(xiàn)對“窄管效應(yīng)”的充分利用，進(jìn)入其內(nèi)部的冷卻水流速大小平均為每秒2.3米。與散熱結(jié)構(gòu)A以及散熱結(jié)構(gòu)B 相比，散熱結(jié)構(gòu)C內(nèi)部的冷卻水流速明顯增大，同時(shí)，鋁基板與管道之間的接觸面積（對流換熱面積）進(jìn)一步增大，水冷板對流換熱效果有所增強(qiáng)，因此能夠獲得更好的散熱效果。從壓損方面來看，散熱結(jié)構(gòu)A內(nèi)流體壓損平均為24.3千帕；散熱結(jié)構(gòu) B內(nèi)流體壓損平均為27.1千帕；散熱結(jié)構(gòu)C內(nèi)流體壓損平均為30 千帕。對這三組數(shù)據(jù)進(jìn)行對比能夠了解到，散熱結(jié)構(gòu)A、散熱結(jié)構(gòu)B與散熱結(jié)構(gòu)C之間在壓力損失方面并不存在較為明顯的差異性。

　　綜合來看，散熱結(jié)構(gòu)C所具備的綜合散熱性能更為理想，以此為樣本展開溫升試驗(yàn)，所得到的數(shù)值結(jié)果具體如下所示：針對整流橋升溫參數(shù)來說，溫升試驗(yàn)結(jié)果為3K，數(shù)值計(jì)算結(jié)果為4.3K；針對進(jìn)出水溫差參數(shù)來說，溫升試驗(yàn)結(jié)果為1.6K，數(shù)值計(jì)算結(jié)果為1.8K。對比發(fā)現(xiàn)，溫升試驗(yàn)結(jié)果與數(shù)值計(jì)算結(jié)果之間存在著較為吻合的關(guān)系，證實(shí)應(yīng)用散熱結(jié)構(gòu)C可以滿足實(shí)際的車用交流發(fā)電機(jī)整流橋散熱需要。

　　總結(jié)：綜上所述，選取三種結(jié)構(gòu)不同的散熱結(jié)構(gòu)樣本展開散熱結(jié)構(gòu)表面溫度場、散熱結(jié)構(gòu)內(nèi)部流體溫度場、散熱結(jié)構(gòu)內(nèi)部流體速度場的對比分析，結(jié)果表明，應(yīng)用多條細(xì)管道并聯(lián)形式的散熱器所具備的綜合散熱性能更為理想，對流換熱效果更強(qiáng)，能夠更好滿足實(shí)際的車用交流發(fā)電機(jī)整流橋散熱需要。

　　參考文獻(xiàn)：

　　[1]胡云峰. 汽車發(fā)電機(jī)用整流橋失效模式研究[J ] . 汽車電器，2020，（05）：43-46.

　　[2]郭慶. 大功率整流橋水冷散熱器散熱分析[J]. 電器與能效管理技術(shù)，2019，（16）：63-67+72.

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