本發(fā)明屬于散熱器優(yōu)化設(shè)計(jì)，尤其是一種基于響應(yīng)面分析和cfd的液冷散熱器多目標(biāo)優(yōu)化方法。

背景技術(shù)：

1、近年來，液體冷卻是目前最主流的電池?zé)峁芾砟Ｊ?，它使用冷卻液吸收和帶走電池產(chǎn)生的熱量，同時(shí)可以應(yīng)用于其他高產(chǎn)熱功率設(shè)備。與風(fēng)冷、相變等冷卻方式相比，它具有優(yōu)異的散熱性能，被廣泛應(yīng)用于大批量生產(chǎn)的汽車。尤其是，翅片式液冷散熱器因其較低壓力損失和較好散熱性能，受到越來越多的學(xué)者們關(guān)注目前，針對(duì)液冷散熱器的優(yōu)化設(shè)計(jì)主要集中在其結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)電池最高溫度和溫度差值的優(yōu)化上；很少考慮這些結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)散熱器平均溫度的影響，同時(shí)冷卻劑在流動(dòng)過程中產(chǎn)生的流動(dòng)阻力的損失，即泵的功率消耗，也是影響電池?zé)峁芾硇阅艿闹匾笜?biāo)，也沒有同等地研究。

2、因此需要一種對(duì)于設(shè)計(jì)參數(shù)更加全面的分析方法，以獲得最佳液冷散熱器設(shè)計(jì)，縮短研發(fā)周期，提高效率。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提供一種基于響應(yīng)面分析和cfd的液冷散熱器多目標(biāo)優(yōu)化方法，在設(shè)計(jì)過程中結(jié)合散熱器結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)平均溫度和壓降的影響進(jìn)行綜合性分析，通過綜合性能指標(biāo)對(duì)其傳熱和阻力的綜合性能進(jìn)行評(píng)價(jià)。通過響應(yīng)面分析方法和cfd技術(shù)的結(jié)合，縮短研發(fā)周期，減少無效實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案，充分利用計(jì)算機(jī)算力，減少無效方案計(jì)算時(shí)間的方案，得到最佳的散熱器優(yōu)化設(shè)計(jì)參數(shù)。

2、本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下：

3、一種基于響應(yīng)面分析和cfd的液冷散熱器多目標(biāo)優(yōu)化方法，包括如下步驟：

4、s1、建立液冷散熱器的物理模型，根據(jù)液冷散熱器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)確定優(yōu)化目標(biāo)和評(píng)價(jià)指標(biāo)；將散熱器的結(jié)構(gòu)參數(shù)作為優(yōu)化目標(biāo)；將散熱器的平均溫度、壓降、綜合評(píng)價(jià)指數(shù)作為評(píng)價(jià)指標(biāo)；

5、s2、利用cfd技術(shù)結(jié)合評(píng)價(jià)指標(biāo)，對(duì)所確定的多個(gè)優(yōu)化目標(biāo)進(jìn)行單因素分析，以確定優(yōu)化目標(biāo)或優(yōu)化目標(biāo)的取值范圍；

6、s3、基于s2中所確定的優(yōu)化目標(biāo)或優(yōu)化目標(biāo)的取值范圍生成若干種響應(yīng)面分析試驗(yàn)方案；

7、s4、基于s3生成的若干種響應(yīng)面分析試驗(yàn)方案，分別建立方案對(duì)應(yīng)的散熱器響應(yīng)面模型；

8、s5、對(duì)所建立的每種散熱器響應(yīng)面模型分別進(jìn)行數(shù)值模擬，并計(jì)算得到每種散熱器響應(yīng)面模型對(duì)應(yīng)的評(píng)價(jià)指標(biāo)；

9、s6、對(duì)散熱器響應(yīng)面模型的線性回歸結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證；

10、s7、基于響應(yīng)面分析以及線性回歸結(jié)果確定最優(yōu)散熱器響應(yīng)面模型，將該散熱器響應(yīng)面模型對(duì)應(yīng)的優(yōu)化目標(biāo)或優(yōu)化目標(biāo)的取值范圍為最優(yōu)設(shè)計(jì)參數(shù)組合。

11、進(jìn)一步，所述散熱器的結(jié)構(gòu)參數(shù)包括散熱器進(jìn)出口設(shè)計(jì)、尺寸、內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

12、進(jìn)一步，若散熱器為翅片式液冷散熱器時(shí)，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)翅片排布方式、翅片間距比f/a和w/b、進(jìn)出口布置方式、出口間距l(xiāng)；在散熱器內(nèi)內(nèi)部以冷卻液流動(dòng)方向劃分翅片前后，則f為相鄰翅片左右間的間距，w為相鄰翅片前后間的間距，a為翅片展向長度，b為弦向長度；

13、進(jìn)一步，翅片排布方式包括等間距排布、變間距排布、陣列對(duì)齊排布、錯(cuò)位排布。

14、進(jìn)一步，進(jìn)出口布置方式包括單進(jìn)單出、單進(jìn)多出、多進(jìn)單出、多進(jìn)多。

15、進(jìn)一步，s2中單因素分析的方法為：針對(duì)所確定的多個(gè)優(yōu)化目標(biāo)，選取其中一個(gè)優(yōu)化目標(biāo)為變量，固定其他優(yōu)化目標(biāo)；分別計(jì)算不同變量對(duì)應(yīng)的評(píng)價(jià)指標(biāo)，基于評(píng)價(jià)指標(biāo)確定最優(yōu)的變量。

16、進(jìn)一步，平均溫度表示為：

17、

18、其中，t為散熱器表面溫度，aw為散熱器表面積，a為散熱器表面。

19、進(jìn)一步，壓降表示為：

20、δp＝δpin-δpout

21、其中，δpin為進(jìn)口表壓力，δpout為出口表壓力。

22、進(jìn)一步，綜合評(píng)價(jià)指數(shù)表示為：

23、tp＝nu/f1/3

24、其中，nu和f分別為平均努塞爾系數(shù)和平均摩擦系數(shù)。

25、進(jìn)一步，利用design-experiment軟件得到若干種響應(yīng)面分析試驗(yàn)方案。

26、相比于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有以下有益效果：

27、(1)本發(fā)明基于響應(yīng)面分析法和cfd技術(shù)，考慮了散熱器的平均溫度以及壓降兩方面的因素，引入綜合評(píng)價(jià)性能指數(shù)(tp)作為散熱器綜合性能的評(píng)價(jià)指標(biāo)，通過對(duì)翅片散熱器的多目標(biāo)優(yōu)化，降低散熱器的平均溫度和壓降，提高散熱器的綜合性能。

28、(2)本發(fā)明的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法能夠有效的縮短翅片散熱器的設(shè)計(jì)周期、降低開發(fā)成本，同時(shí)提高了散熱器的綜合性能。

技術(shù)特征：

1.一種基于響應(yīng)面分析和cfd的液冷散熱器多目標(biāo)優(yōu)化方法，其特征在于，包括如下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于響應(yīng)面分析和cfd的液冷散熱器多目標(biāo)優(yōu)化方法，其特征在于，所述散熱器的結(jié)構(gòu)參數(shù)包括散熱器進(jìn)出口設(shè)計(jì)、尺寸、內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于響應(yīng)面分析和cfd的液冷散熱器多目標(biāo)優(yōu)化方法，其特征在于，若散熱器為翅片式液冷散熱器時(shí)，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)翅片排布方式、翅片間距比f/a和w/b、進(jìn)出口布置方式、出口間距l(xiāng)；在散熱器內(nèi)內(nèi)部以冷卻液流動(dòng)方向劃分翅片前后，則f為相鄰翅片左右間的間距，w為相鄰翅片前后間的間距，a為翅片展向長度，b為弦向長度。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于響應(yīng)面分析和cfd的液冷散熱器多目標(biāo)優(yōu)化方法，其特征在于，翅片排布方式包括等間距排布、變間距排布、陣列對(duì)齊排布、錯(cuò)位排布。

5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于響應(yīng)面分析和cfd的液冷散熱器多目標(biāo)優(yōu)化方法，其特征在于，進(jìn)出口布置方式包括單進(jìn)單出、單進(jìn)多出、多進(jìn)單出、多進(jìn)多。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于響應(yīng)面分析和cfd的液冷散熱器多目標(biāo)優(yōu)化方法，其特征在于，s2中單因素分析的方法為：針對(duì)所確定的多個(gè)優(yōu)化目標(biāo)，選取其中一個(gè)優(yōu)化目標(biāo)為變量，固定其他優(yōu)化目標(biāo)；分別計(jì)算不同變量對(duì)應(yīng)的評(píng)價(jià)指標(biāo)，基于評(píng)價(jià)指標(biāo)確定最優(yōu)的變量。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于響應(yīng)面分析和cfd的液冷散熱器多目標(biāo)優(yōu)化方法，其特征在于，平均溫度表示為：

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于響應(yīng)面分析和cfd的液冷散熱器多目標(biāo)優(yōu)化方法，其特征在于，壓降表示為：

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于響應(yīng)面分析和cfd的液冷散熱器多目標(biāo)優(yōu)化方法，其特征在于，綜合評(píng)價(jià)指數(shù)表示為：

10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于響應(yīng)面分析和cfd的液冷散熱器多目標(biāo)優(yōu)化方法，其特征在于，利用design-experiment軟件得到若干種響應(yīng)面分析試驗(yàn)方案。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種基于響應(yīng)面分析和CFD的液冷散熱器多目標(biāo)優(yōu)化方法，根據(jù)液冷散熱器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)確定優(yōu)化目標(biāo)和評(píng)價(jià)指標(biāo)；利用CFD技術(shù)結(jié)合評(píng)價(jià)指標(biāo)，對(duì)所確定的多個(gè)優(yōu)化目標(biāo)進(jìn)行單因素分析，以確定優(yōu)化目標(biāo)或優(yōu)化目標(biāo)的取值范圍；生成若干種響應(yīng)面分析試驗(yàn)方案并建立對(duì)應(yīng)的散熱器響應(yīng)面模型；對(duì)所建立的每種散熱器響應(yīng)面模型分別進(jìn)行數(shù)值模擬，并計(jì)算得到每種散熱器響應(yīng)面模型對(duì)應(yīng)的評(píng)價(jià)指標(biāo)；對(duì)散熱器響應(yīng)面模型的線性回歸結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證；基于響應(yīng)面分析以及線性回歸結(jié)果確定最優(yōu)散熱器響應(yīng)面模型，將該散熱器響應(yīng)面模型對(duì)應(yīng)的優(yōu)化目標(biāo)或優(yōu)化目標(biāo)的取值范圍為最優(yōu)設(shè)計(jì)參數(shù)組合。

技術(shù)研發(fā)人員：趙軼,馮國增,萬星宇,井雪潤,何少清,任海華,凌睿,吳欣鍇,唐春麗,趙穎杰,許津津
受保護(hù)的技術(shù)使用者：江蘇科技大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6