专利名称：散热器散热模拟系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及计算车辆用散热器的散热性能，并把计算结果显示在显示装置画面上的利用计算机的散热器散热模拟系统。
背景技术：
在预测安装了水冷式发动机的车辆散热器散热性能时，要考虑从构成散热器的冷却管(金属管)管路内流动的冷却水向金属管内壁的热传导率，从金属管内壁到金属管外壁的热传导率，以及从金属管外壁向外部空气的热传导率的合成热传导率。而且在从水向金属管内壁的热传导率中需要考虑水的流速。在考虑该冷却管的热传导率之外，还要考虑冷却管的长度和构成散热器的冷却管层数，以及风速等对冷却性能的影响，以预测散热器性能。
即把散热器的形状各要素和冷却管的结构等参数作为变量，把散热器的散热性能，例如散热量作为函数值(预测值)通过计算式来进行计算。
现在在预测安装了水冷式发动机的车辆散热器散热性能时，使用计算器的手工计算和表计算软件，或使用它们的扩展功能(宏)，把变量代入到各种计算式中来求得预测值。
虽然不是车辆散热器的散热模拟，但提出如下的技术方案，其是对电路解析的模拟把使用大型计算机计算的内容用图形显示器进行显示的技术参照专利文献1)。
专利文献1特开昭60-7550号公报(图3)如上所述，在预测安装了现有技术的水冷式发动机的车辆散热器散热性能时，存在从键盘进行数值输入并读取输出数值的输入操作和把握结果的操作烦杂的问题。
由于散热器形状只是把尺寸各要素以数值输入，所以对散热器的形状不能凭直接感觉进行想像，所以存在极其难于凭直接感觉掌握从计算得到的结果与形状的因果关系问题。
发明内容
本发明是考虑该课题而开发的，其所要解决的技术问题在于提供一种散热器散热模拟系统，能凭直接感觉掌握散热器形状与散热性能的关系。
本发明的散热器散热模拟系统是计算车辆用散热器的散热性能，把计算结果显示在显示装置画面上的利用计算机的散热器散热模拟系统，其包括形状各要素输入部，其把所述散热器的形状各要素进行输入；形状显示部，其把根据输入的形状各要素通过计算机计算的散热器几何形状进行显示；环境条件输入部，其设定所述车辆的环境条件并输入；图形显示部，其根据输入的形状各要素和环境条件，利用计算机计算散热器的散热性能，把计算结果以图形进行显示，并把所述形状各要素输入部、所述形状显示部、所述环境条件输入部和所述图形显示部显示在所述显示装置的同一画面上(本发明方案1)。
根据该发明，是因为以图形显示散热器的形状各要素输入部和形状显示部、车辆的环境条件输入部以及计算结果的图形显示部显示在显示装置的同一画面上，所以仅输入散热器的形状各要素，就能不切换画面地在图形上同时看到散热器形状的图和散热性能(特性)的结果(不需要烦杂的画面切换)。即把形状的变更与其影响(散热性能结果)在视觉上当场在同一画面上进行显示，所以能直感掌握散热器形状与散热性能的关系。
把计算结果以图形显示时，图形显示的同时还能把数值结果在图形显示部上(图形、数值结果显示部)同时进行显示。
这时把具有所述形状各要素输入部、所述形状显示部和所述环境条件输入部的输入系统画面，与所述图形显示部，在所述显示装置的所述同一画面上左右分开地进行显示，这样容易掌握输出结果。即画面把输入系统与输出系统分开为两个，所以容易看(本发明方案2)。
在此，所述散热器的形状各要素是把构成散热器的冷却管层数、冷却管的断面形状以及散热器外形形状作为梯形时的上底和下底，所述车辆环境条件是对应于所述车辆车速的风速和外部气体温度，这样就能由主要各要素(参数)的变更和形状的变更进行散热性能的预测(本发明方案3)。
在需要安装冷却风扇的散热器的情况下，所述形状各要素输入部还输入所述散热器的冷却风扇的形状各要素，所述形状显示部还显示所述冷却风扇的几何形状，这样就能直感掌握安装了冷却风扇的散热器形状与散热性能的关系(本发明方案4)。
根据本发明，是把散热器的形状各要素输入部和根据该形状各要素的散热器形状显示部以及显示散热性能结果的图形显示部，显示在同一画面上，所以能直感掌握散热器形状与散热性能的关系。
图1是本发明一实施例散热器散热模拟系统所适用的散热器散热模拟装置的方块图；图2A是一般散热器的模式立体图，图2B是一般散热器的模式剖面图；图3是显示装置输入系统画面的说明图；图4是显示装置输入系统画面和输出系统画面的说明图；图5是本实施例模拟工序的流程图；图6是切换成有冷却风扇时的显示装置输入画面的说明图。
具体实施例方式
下面参照
本发明的实施例。
图1表示的是本发明一实施例散热器散热模拟系统所适用的散热器散热模拟装置10的结构。从图1了解到，该散热器散热模拟装置10由个人电脑等构成，其基本上包括含键盘、鼠标等的输入装置14和CRT显示装置或液晶显示装置等显示装置16以及与它们连接的计算机本体18。
计算机本体18是计算机，具有未各自图示的CPU(中央处理装置)、存储器ROM(也包括EEPROM)、RAM(随机存储存储器)或HDD(硬盘驱动器)，另外还具有输出输入装置和作为计时装置的计时器等，具有作为控制部、演算部、处理部等的功能。ROM或HDD中存储有在进行计算时CPU写入RAM并实行的程序，图1计算机本体18的方块图内，表示了CPU(计算机)实行的程序功能方块图。
即计算机本体18包括输入处理部20，其把由输入装置14操作的输入变换成数据并输出；几何形状计算部22，其根据输入数据计算散热器的几何形状；散热性能计算部24，其根据输入数据计算散热器的散热性能；显示处理部26，其根据输入数据和几何形状计算部22与散热性能计算部24的计算结果，制作显示画面用的影像信号。
图2A、图2B表示的是车辆，例如机动二轮车上安装的散热器30的模式图，散热器30是冷却水在内部流动的冷却管32和提高散热效率的散热片34的层结构。散热器30例如从迎着行走风36的正面看，其是梯形(也包括四边形)。虽然未图示，但该散热器30与水泵连接。利用水泵从水的输入口40供给并在冷却管32中流动的水，利用外部气温、行走风36、冷却管32、散热片34或冷却风扇(未图示)被冷却，从水的输出口38输出。从输出口38输出的水通过水泵在发动机(未图示)的水管套内流通，把发动机冷却，获得发动机的热的水从水的输入口40返回到散热器30内。
图1的散热性能计算部24中存储有把x设定为冷却管32长度方向的任意位置，把水的温度设定为T(x)，把外部气温设定为Ta时的计算式。该计算式是微分方程式，由下面的(1)式表示。
dT/dx＝-(T-Ta)K/u-(T4-Ta4)M/u(1)在此，u是水的流速，K是对从水到冷却管32的外壁(与空气的接触壁)的热传导起作用的常数(由冷却管的形状、合成热传导系数等决定)，M是对从冷却管32的外壁热辐射起作用的常数(由冷却管的形状、斯蒂芬-波尔兹曼常数决定)。该微分方程式的常数通过各种实验决定。
图3表示显示装置16的画面50。
画面50基本上是由面对位于左侧一半的输入系统画面52和面对位于右侧一半的输出系统画面54构成的结构。
输入系统画面52包括形状各要素输入部54A、54B，其把从输入装置14进行输入并通过输入处理部20进行处理的散热器30的形状各要素(参数)进行输入；形状显示部56，其把根据输入的形状各要素由几何形状计算部22计算的散热器几何形状进行显示；环境条件输入部57，其把从输入装置14输入并由输入处理部20处理的车辆环境条件进行设定并且输入；流速输入部58，其把在各冷却管32中流动的流速Um和流速分布进行设定。实际上在由形状显示部56显示的散热器30中，流速Um在冷却管32的图中是由箭头的长度表示的，由于烦杂，所以在图3中将其省略了。
画面50上设置在左上侧角部的形状各要素输入部54A，是用户使用鼠标、键盘等输入装置14，把冷却管32剖面形状的宽度W(例如输入“24.0”“mm”)、高度h(例如输入“2.0”“mm”)以及壁厚t(例如输入“0.3”“mm”)进行输入的画面。
画面50上设置在左下侧的形状各要素输入部54B，是包括通过由鼠标指针左点击拖动而能变更其值的滑块59的画面，是用户使用鼠标等输入装置14，在把散热器30的正面外形形状设定成梯形时，把上底长度L1(例如输入“0.152”“m”)、下底长度L2(例如输入“0.092”“m”)、冷却管32的层数N(例如输入“25”)以及缩小·放大率(例如输入“1.3”“倍”)进行输入的画面。
画面50上同样设置在左下侧的环境条件输入部57，是包括通过由鼠标指针左点击拖动而能变更其值的滑块59的画面，是用户使用鼠标等输入装置14，把外部空气温度Ta(例如输入“10[℃]”)、对应于车速的风速U(例如输入“对应于车速28.8[km]的8.0[m/s]”)进行输入的画面。
画面50上设置在左中央上侧部的流速输入部58，是包括通过由鼠标指针左点击拖动而能变更其值(偏差)的滑块59的画面，是用户使用鼠标等输入装置14，把整个冷却管32内的冷却水是均匀流速，还是具有偏差地在每个冷却管32内缓慢变化的非均匀流速(相对来说散热器30的上侧快下侧慢，或相反)的流速变化进行输入的画面。能把基准流速Um使用键盘等输入装置14进行输入(例如输入Um＝0.96[m/s])。画面右下角的散热片有无按钮(散热片有无输入部)60，根据是否安装了散热片对“散热片有”、“散热片无”的画面进行切换，其默认是“散热片有”。画面上在散热片有无输入部60的下侧，设置有冷却风扇有无按钮(冷却风扇有无输入部)61，其是根据是否对散热器30安装了冷却风扇而切换冷却风扇“有”和冷却风扇“无”的画面。其默认是冷却风扇“无”。
使用输入装置14在形状各要素输入部54A、54B上，输入冷却管32管剖面形状的宽度W、高度h、壁厚t、上底长度L1、下底长度L2、冷却管32的层数N以及缩小·放大率，输入处理部20把这些输入数据向几何形状计算部22供给。
几何形状计算部22根据输入的数据来计算具有对应于输入数据的形状和层数的散热器30的形状，传送给显示处理部26。
显示处理部26根据来自几何形状计算部22的计算结果和来自输入处理部20的各种输入数据，制作在画面50上左侧中央部具有与输入数据对应的形状和层数的散热器显示用影像信号，并送向显示装置16。
显示装置16根据显示用影像信号，如图3所示，主要显示在左侧的输出系统画面52所显示的画面50。
左侧一半显示的散热器30的几何形状设定和进行其显示画面的设定结束后，通过鼠标等输入装置14按压计算开始按钮62(点击)。通过该操作，散热性能计算部24参照所述的输入数据，根据预先存储的所述数式来计算散热性能。本实施例中作为散热性能计算温度下降特性和散热量特性。通过把计算结果送到显示处理部26而由图形显示部64进行显示，图形显示部64(也叫做图形、数值结果显示部或结果显示部)由在显示装置16右侧的输出系统画面54上的温度下降特性显示部64A和散热量特性显示部64B构成。
图4表示的是把由散热性能计算部24计算的温度下降特性66和散热量特性68在图形显示部64上进行显示的画面50A。画面50A右下侧显示的温度下降特性66，表示的是横轴是流量Q[L/min]，纵轴是散热器30的输入输出口38、40间冷却水的下降温度ΔT[K]。
画面50A右上侧显示的散热量特性68，表示的是横轴是流量Q[L/min]，纵轴是散热量H[kW]。
这时横轴流量Q的流量显示窗70显示有满刻度(作为例，满刻度流量(横轴最大流量)X＝100[L/m])。而且满刻度流量X通过滑块72能调整。
温度下降特性66的满刻度(纵轴满刻度)通过显示窗74显示，作为例，是16[K]，但通过滑块76能变更。
散热量特性68的满刻度(纵轴满刻度)通过显示窗78显示，作为例，是28.0[kW]，但通过滑块80能变更。
为了读取温度下降特性66和散热量特性68中的对应于某流量Q的下降温度ΔT和散热量H的数值产生的结果，由沿温度下降特性66和散热量特性68上移动的红色十字游标82、84进行显示。
通过左右移动滑块86，十字游标82、84沿温度下降特性66和散热量特性68的图形曲线向同方向移动。这时，十字游标82、84与温度下降特性66和散热量特性68的交点的值，即作为数值结果，在作为数值结果显示部的流量显示窗88中，显示横轴的流量Q(作为例，显示Q＝47.1[L/m])，同样地，作为数值结果显示部的温度下降显示窗90中，显示下降温度ΔT(作为例，显示ΔT＝7.53[K])，在散热量显示窗92中显示散热量H(作为例，显示H＝24.25[kW])。
这时，使用左一半输入系统画面52上的形状各要素输入部54A、54B，变更散热器30的形状(形状再输入)，再次按下计算开始按钮62，则温度下降特性66和散热量特性68的图形重叠显示。通过按消去按钮94，返回到图3所示的图形显示前的画面50。
这样，所述实施例也能参照图5所示的流程图进行说明，即其是计算车辆用散热器30的散热性能(本实施例是散热量特性68和温度下降特性66)，把计算结果显示在显示装置16的画面50、50A上的利用计算机的散热器散热模拟系统，其包括形状各要素输入部54A、54B，其把散热器30的形状各要素进行输入(步骤S1)；形状显示部56，其把根据输入的形状各要素由计算机(几何形状计算部22)计算的散热器30的几何形状进行显示(步骤S2)；环境条件输入部57，其设定车辆环境条件并输入(步骤S3)；图形显示部64，其根据输入的形状各要素和环境条件由计算机计算散热器的散热性能(步骤S4)，把计算结果以图形和数值结果进行显示(步骤S5)，把形状各要素输入部54A、54B，形状显示部56，环境条件输入部57以及图形显示部64显示在显示装置16的同一画面50、50A上。
由于是把散热器30的形状各要素输入部54A、54B和形状显示部56、车辆的环境条件输入部57以及把计算结果以图形显示的图形显示部64，显示在显示装置16的同一画面50、50A上，所以仅输入散热器30的形状各要素，就能不切换画面地以图形形式同时看到散热器形状的模式图和散热性能(特性)结果。即把形状变更和其影响(散热性能结果)在视觉上当场显示在同一画面50、50A上，所以能直感掌握散热器30的形状与散热性能的关系。
由输入装置14的操作，通过沿温度下降特性66和散热量特性68的图形能移动的十字游标82、84(步骤S6)，能读取与特定的流量(注视流量)Q对应的数值结果，即下降温度ΔT和散热量H(步骤S7)，所以能简单确认是否得到了希望的结果，在没得到希望结果时(步骤S8)，反复操作所述步骤S1～S7直到得到希望结果便可。
这时如从画面50、50A了解到，具有形状各要素输入部54A、54B、形状显示部56和车辆的环境条件输入部57的输入系统画面52，与图形显示部64，在显示装置16的同一画面50、50A上左右分割显示，所以容易掌握输出结果。即由于画面50、50A是把输入系统和输出系统分割成二个，所以容易看到。
在此，散热器30的形状各要素是指构成散热器30的冷却管32的层数N、冷却管32的剖面形状以及散热器30的外形形状被设定成是梯形时的上底和下底，车辆的环境条件是指对应于车辆车速的风速U和外部空气温度Ta，这样，达到能够由主要各要素(参数)变更和形状变更预测散热性能的效果。
在根据计算结果等判断需要对散热器30安装冷却风扇时，在所述步骤S1的散热器30形状各要素输入工序中，把冷却风扇有无按钮61切换成冷却风扇“有”，输入冷却风扇的各要素形状。
图6是切换成冷却风扇“有”时的显示装置16的输入画面50B的说明图。
该画面50B中，显示有能进行冷却风扇的尺寸输入和变更、位置输入和变更、个数输入和变更的冷却风扇形状各要素输入部54C，而且显示有冷却风扇的风扇风速输入部98，其通过滑块96能变更风速(画面上显示的是8.0[m/s])。
这时在画面50B上，形状显示部56显示由几何形状计算部22在步骤S2中计算的两个冷却风扇101、102的几何形状，并且显示安装了该冷却风扇101、102的散热器30的几何形状。
在此，从冷却风扇的形状各要素输入部54C的显示了解到使用了两个冷却风扇101、102，现在是冷却风扇102的形状调整中。冷却风扇102作为用各自的滑块104能变更的例，其外半径是“84”“mm”，轮毂半径是“26”“mm”，中心坐标X是“325”“mm”，中心坐标Y是“149”。通过按关闭按钮106，能把冷却风扇形状各要素输入部54C的显示消去，把冷却风扇的有无按钮61通过再次设定成冷却风扇“有”而进行显示。实际上冷却风扇的形状各要素输入部54C在图形显示部64上以写入进行显示。
在该状态下按计算开始按钮62，散热性能计算部24计算设定的冷却风扇101、102的散热性能(步骤S4)，与图5同样地把新的计算结果作为温度下降特性66和散热量特性68显示在图形显示部64上(步骤S5)。
本发明并不限定于所述实施例，根据本说明书公开的内容，例如把散热模拟进行的散热器的外形形状不设定成梯形，而是半圆锥体等其他的非对称形状等，实际设定成符合安装水冷式发动机等的车辆等的任意形状等，扩展系统是容易的，能采用各种结构。
权利要求
1.一种散热器散热模拟系统，其计算车辆用散热器的散热性能，把计算结果显示在显示装置画面上的利用计算机的散热器散热模拟系统，其特征在于，其包括形状各要素输入部，其把所述散热器的形状各要素进行输入；形状显示部，其把根据输入的形状各要素通过计算机计算的散热器几何形状进行显示；环境条件输入部，其设定所述车辆的环境条件并输入；图形显示部，其根据输入的形状各要素和环境条件，利用计算机计算散热器的散热性能，把计算结果以图形进行显示，把所述形状各要素输入部、所述形状显示部、所述环境条件输入部和所述图形显示部显示在所述显示装置的同一画面上。
2.如权利要求1所述的散热器散热模拟系统，其特征在于，其把具有所述形状各要素输入部和所述形状显示部以及所述环境条件输入部的输入系统画面，与所述图形显示部，在所述显示装置的所述同一画面上左右分开并进行显示。
3.如权利要求1所述的散热器散热模拟系统，其特征在于，所述散热器的形状各要素是构成散热器的冷却管层数、冷却管的断面形状以及散热器外形形状作为梯形时的上底和下底，所述车辆环境条件是对应于所述车辆车速的风速和外部气体温度。
4.如权利要求1所述的散热器散热模拟系统，其特征在于，所述形状各要素输入部还输入所述散热器的冷却风扇的形状各要素，所述形状显示部还显示所述冷却风扇的几何形状。
全文摘要
一种散热器散热模拟系统，其不切换画面地仅通过输入散热器的形状各要素(参数)就能立刻且容易理解地确认散热性能。把散热器(30)的形状各要素输入部(54A)、(54B)和形状显示部(56)以及计算结果以图形显示的图形显示部(64)，显示在显示装置的同一画面(50A)上。仅输入散热器(30)的形状各要素(参数)就能不切换画面地以图形形式同时看到散热器形状的模式图和散热性能(温度下降特性(66)和散热量特性(68)特性)结果。
文档编号F28F9/02GK1637750SQ20041010480
公开日2005年7月13日 申请日期2004年12月23日 优先权日2003年12月25日
发明者渡部尚, 岩田正行, 坂上幸司, 清田悟 申请人:本田技研工业株式会社