摘要：文章選擇了三種結構不同的散熱結構作為樣本并進行對比，完成車用交流發(fā)電機整流橋散熱結構的模擬分析，從散熱結構表面溫度場分析、散熱結構內部流體溫度場分析、散熱結構內部流體速度場分析這三方面入手，確定出散熱性能更強的散熱結構形式。

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

　　一、車用交流發(fā)電機整流橋散熱結構的模擬分析

　?。ㄒ唬┱鳂蛏峤Y構的技術參數(shù)

　　選取的水冷散熱器主要技術參數(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)值模擬散熱結構的散熱效果分析方法

　　選取流量相同且進出口截面積相同的三種不同結構水冷散熱器展開對比分析，設定這三種散熱器分別為散熱結構A、散熱結構B以及散熱結構C。其中，散熱結構A主要在進水口位置引入了多管道彎曲設計的方式，促使進入該結構內的流體速度大幅下降，并在出水口區(qū)域實施平直管道設計模式，以此確保流體加熱升溫后能夠在更短時間內排出散熱結構。散熱結構B 主要應用了對稱設計的方法落實管道布置，基本結構情況與散熱結構A保持一致，不同的是散熱結構B對水冷板與出水口之間的對流換熱面積進行了適當增加。散熱結構C主要利用了多條細管道并聯(lián)形式，以此實現(xiàn)對“窄管效應”的充分利用，提升流體流速并同時降低流體截面積，盡可能實現(xiàn)對流換熱效果的增強。

　　二、數(shù)值計算結果與分析

　?。ㄒ唬┥峤Y構表面溫度場分析

　　針對各個散熱結構表面溫度場進行分析，得到的結果如下所示：第一，散熱結構A的最高溫度維持在37.6℃，溫升達到7.6K，在三種散熱結構中保持在最大水平，顯現(xiàn)出的散熱效果最不理想。觀察該結構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到4K；距離該結構更近的元件存在更為大的溫升數(shù)值。第二，散熱結構B的最高溫度維持在 36.9℃，溫升達到6.9K，所顯現(xiàn)出的實際散熱效果優(yōu)于散熱結構A。對產(chǎn)生這一結果的原因進行分析，發(fā)現(xiàn)由于該結構使用了出水口對稱設計的模式，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，散熱結構C的最高溫度維持在34.3℃，溫升達到 4.3K，在三種散熱結構中保持在最小水平，顯現(xiàn)出的散熱效果最為理想。對產(chǎn)生這一結果的原因進行分析，發(fā)現(xiàn)由于該結構使用了多條細冷卻水管道并聯(lián)的設計模式，所以鋁基板與冷卻水之間的接觸面積（對流換熱面積）進一步增大，因此能夠獲得更好的散熱效果[1]。同時，其上部溫度更高、出水口區(qū)域溫度最高。

　　（二）散熱結構內部流體溫度場分析

　　針對各個散熱結構的內部流體溫度場進行分析，得到的結果如下所示：在冷卻水進入三種散熱結構時，溫度均保持在30℃；在散熱結構A以及散熱結構B中，當冷卻水經(jīng)過第4個 IGBT元件后，其溫度呈現(xiàn)出明顯增高的狀態(tài)；在散熱結構C中，當冷卻水經(jīng)過第2個IGBT元件后，其溫度呈現(xiàn)出明顯增高的狀態(tài)。對上述結果落實進一步分析，能夠了解到的是，在冷卻水流量相同的條件下，散熱結構C能夠帶走的熱量維持在更高水平[2]，換言之，相比于散熱結構A以及散熱結構B，散熱結構C 所發(fā)揮出的對流換熱效果更為理想。

　?。ㄈ┥峤Y構內部流體速度場分析

　　針對各個散熱結構的內部流體速度場進行分析，得到的結果如下所示：第一，散熱結構A下層所應用的結構形式為多重彎折形式，此時，在拐彎進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。其下層所應用的結構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，散熱結構 B所應用的結構形式為對稱形式，此時，下層冷卻水流體的流速能夠與出口管道內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，與散熱結構A基本保持相同水平。第三，散熱結構C所應用的結構形式為多條細管道并聯(lián)形式，以此實現(xiàn)對“窄管效應”的充分利用，進入其內部的冷卻水流速大小平均為每秒2.3米。與散熱結構A以及散熱結構B 相比，散熱結構C內部的冷卻水流速明顯增大，同時，鋁基板與管道之間的接觸面積（對流換熱面積）進一步增大，水冷板對流換熱效果有所增強，因此能夠獲得更好的散熱效果。從壓損方面來看，散熱結構A內流體壓損平均為24.3千帕；散熱結構 B內流體壓損平均為27.1千帕；散熱結構C內流體壓損平均為30 千帕。對這三組數(shù)據(jù)進行對比能夠了解到，散熱結構A、散熱結構B與散熱結構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，散熱結構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，所得到的數(shù)值結果具體如下所示：針對整流橋升溫參數(shù)來說，溫升試驗結果為3K，數(shù)值計算結果為4.3K；針對進出水溫差參數(shù)來說，溫升試驗結果為1.6K，數(shù)值計算結果為1.8K。對比發(fā)現(xiàn)，溫升試驗結果與數(shù)值計算結果之間存在著較為吻合的關系，證實應用散熱結構C可以滿足實際的車用交流發(fā)電機整流橋散熱需要。

　　總結：綜上所述，選取三種結構不同的散熱結構樣本展開散熱結構表面溫度場、散熱結構內部流體溫度場、散熱結構內部流體速度場的對比分析，結果表明，應用多條細管道并聯(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，能夠更好滿足實際的車用交流發(fā)電機整流橋散熱需要。

　　參考文獻：

　　[1]胡云峰. 汽車發(fā)電機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，2019，（16）：63-67+72.

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