一种特种车辆板翅式散热器几何参数的寻优方法与流程

本发明涉及车辆热管理领域，尤其涉及一种特种车辆板翅式散热器几何参数的寻优方法。

背景技术：

1、随着特种车辆的不断发展，特种车辆对机电复合大功率动力装置的要求不断提高，使得发动机舱的布局日益紧凑，因此车辆热管理系统的结构和布局也日益紧凑。散热器是车辆热管理系统最重要的部分之一，特种车辆的散热器通常采用具有较小翅片间距的板翅式结构，所述结构具有较大的流动阻力，因此通过流动参数和传热参数反映散热器的性能。

2、现有的散热器仿真模型中，流动参数与传热参数需要依赖大量的试验数据得到，在开发新散热器的过程中，由于缺乏试验数据的支撑，流动参数与传热参数对散热器传热特性拟合精度不高，降低了开发效率。

技术实现思路

1、鉴于上述的分析，本发明旨在提供一种特种车辆板翅式散热器几何参数的寻优方法，用以解决现有特种车辆板翅式散热器流动参数与传热参数对散热器传热特性拟合精度不高、新散热器开发效率低的问题。

2、本发明提供了一种特种车辆板翅式散热器几何参数的寻优方法，所述方法包括以下步骤：

3、设置代表单元翅片几何参数的初始值和寻优范围，基于所述初始值和寻优范围得到n组翅片几何参数；

4、基于每一组翅片几何参数得到代表单元对应的仿真模型，通过仿真得到代表单元的雷诺数和普朗特数，将所述几何参数、雷诺数和普朗特数输入训练好的散热分析模型得到代表单元的对流传热系数、粘性阻力系数和惯性阻力系数；基于代表单元建立全尺度散热器的双重网格模型，将代表单元的对流传热系数、粘性阻力系数和惯性阻力系数赋予所述双重网格模型；给定边界条件，对所述双重网格模型进行仿真，得到其热侧的出口温度；继续进行下一组翅片几何参数的仿真，直至遍历完n组翅片几何参数；

5、基于各组出口温度的大小，选出最优的翅片几何参数。

6、进一步地，通过下述方法得到训练好的散热分析模型：

7、构建训练样本集；每个样本中包括代表单元的翅片几何参数、雷诺数和普朗特数、对流传热系数、粘性阻力系数和惯性阻力系数；

8、构建散热分析模型，设置训练轮次阈值；

9、对于训练样本集中的每个样本，将几何参数、雷诺数和普朗特数输入所述散热分析模型得到预测的对流传热系数、粘性阻力系数和惯性阻力系数，通过预测值与样本值之间的误差计算损失函数，直至损失函数收敛或训练轮次达到阈值得到训练好的散热分析模型。

10、进一步地，所述构建训练样本集包括：

11、根据历史数据得到翅片的几何参数数据集；

12、基于每一组翅片几何参数得到对应的代表单元的仿真模型，对所述仿真模型的冷侧和热侧进行仿真，得到所述代表单元的雷诺数、普朗特数、对流传热系数、粘性阻力系数和惯性阻力系数；

13、每一组翅片几何参数与其对应的雷诺数、普朗特数、对流传热系数、粘性阻力系数和惯性阻力系数构成一个样本。

14、进一步地，对所述仿真模型的冷侧和热侧进行仿真时，通过下述方法得到代表单元的粘性阻力系数和惯性阻力系数：

15、

16、其中，fi为动量方程源项，i、j为笛卡尔坐标系的三个方向，δp为流体流经代表单元的压强差，l为代表单元沿流动方向的长度，dij为i、j方向粘性阻力系数倒数的对角矩阵，cij为i、j方向惯性阻力系数倒数的对角矩阵，μ为流体的动力粘度，vj为j方向流体的速度，ρ为流体的密度。

17、进一步地，所述对流传热系数包括冷侧对流传热系数和热侧对流传热系数，对所述仿真模型的冷侧和热侧进行仿真时，通过下述方法得到代表单元的对流传热系数：

18、

19、其中，hh为热侧对流传热系数，q为代表单元总的热通量，ah为热侧传热面积，th为热侧壁面的平均温度，tf为边缘网格的平均温度，hc为冷侧对流传热系数，ac为冷侧传热面积，tc为冷侧壁面的平均温度。

20、进一步地，对所述仿真模型的冷侧和热侧进行仿真时，通过下述方法得到代表单元的雷诺数：

21、

22、其中，为代表单元入口流体速度，d为代表单元流体流道的水力直径，re为雷诺数。

23、进一步地，对所述仿真模型的冷侧和热侧进行仿真时，通过下述方法得到代表单元的普朗特数：

24、

25、其中，cp为流体的比热容，λ为流体的导热率，pr为普朗特数。

26、进一步地，通过下述方法得到热侧的出口温度：

27、对所述双重网格模型进行仿真，得到其热侧网格的温度；

28、根据热侧出口对应的网格，得到所述网格的平均温度，所述平均温度为热侧的出口温度。

29、进一步地，通过下述方法得到热侧网格的温度：

30、

31、

32、

33、其中，为哈密顿算子，t为网格的温度，p为流体流经代表单元的压强，s为能量源项。

34、进一步地，所述几何参数包括翅片高度、翅片节距和翅片厚度。

35、与现有技术相比，本发明至少可实现如下有益效果之一：

36、1、本发明通过训练好的散热分析模型预测得到代表单元的对流传热系数、粘性阻力系数和惯性阻力系数，不需要依赖大量试验数据拟合，提高了散热器传热特性计算的精度和速度，从而提高了工作效率。

37、2、本发明采用试验的方式，在合理范围内对翅片几何参数进行寻优，通过仿真结果找到最优的翅片几何参数，提高了开发新散热器的效率。

38、3、本发明通过建立全尺度散热器的双重网格模型，对所述双重网格模型的冷侧和热侧分别进行仿真，在减少计算量的同时提高了计算精度。

39、4、本发明通过代表单元的冷侧和热侧对流传热系数、粘性阻力系数和惯性阻力系数表征散热器的流动参数和传热参数，通过udf文件将所述参数赋予全尺度散热器，从而提高了整体散热器流动和传热特性计算结果的精度。

40、本发明中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过说明书以及附图中所特别指出的内容中来实现和获得。

技术特征：

1.一种特种车辆板翅式散热器几何参数的寻优方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的特种车辆板翅式散热器几何参数的寻优方法，其特征在于，通过下述方法得到训练好的散热分析模型：

3.根据权利要求2所述的特种车辆板翅式散热器几何参数的寻优方法，其特征在于，所述构建训练样本集包括：

4.根据权利要求3所述的特种车辆板翅式散热器几何参数的寻优方法，其特征在于，对所述仿真模型的冷侧和热侧进行仿真时，通过下述方法得到代表单元的粘性阻力系数和惯性阻力系数：

5.根据权利要求3所述的特种车辆板翅式散热器几何参数的寻优方法，其特征在于，所述对流传热系数包括冷侧对流传热系数和热侧对流传热系数，对所述仿真模型的冷侧和热侧进行仿真时，通过下述方法得到代表单元的对流传热系数：

6.根据权利要求3所述的特种车辆板翅式散热器几何参数的寻优方法，其特征在于，对所述仿真模型的冷侧和热侧进行仿真时，通过下述方法得到代表单元的雷诺数：

7.根据权利要求3所述的特种车辆板翅式散热器几何参数的寻优方法，其特征在于，对所述仿真模型的冷侧和热侧进行仿真时，通过下述方法得到代表单元的普朗特数：

8.根据权利要求1所述的特种车辆板翅式散热器几何参数的寻优方法，其特征在于，通过下述方法得到热侧的出口温度：

9.根据权利要求8所述的特种车辆板翅式散热器几何参数的寻优方法，其特征在于，通过下述方法得到热侧网格的温度：

10.根据权利要求1所述的特种车辆板翅式散热器几何参数的寻优方法，其特征在于，所述几何参数包括翅片高度、翅片节距和翅片厚度。

技术总结
本发明涉及一种特种车辆板翅式散热器几何参数的寻优方法，包括：设置翅片几何参数的初始值和寻优范围得到N组翅片几何参数；基于每一组翅片几何参数，通过仿真得到代表单元的雷诺数和普朗特数，将所述几何参数、雷诺数和普朗特数输入训练好的散热分析模型得到代表单元的对流传热系数、粘性阻力系数和惯性阻力系数；基于代表单元建立全尺度散热器的双重网格模型，给定边界条件，对所述双重网格模型进行仿真得到其热侧的出口温度；继续进行下一组翅片几何参数的仿真，直至遍历完N组几何参数；基于各组出口温度的大小选出最优的翅片几何参数。该方法通过散热分析模型得到对流传热系数，提高了散热器传热特性计算的精度和速度，提高了工作效率。

技术研发人员：李强强,刘朔,孙晓霞,谷操,刘晓,程滨,刘亚惠,侯雅飞
受保护的技术使用者：中国北方车辆研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/4/17