Краткий анализ будущих направлений исследований трубчато-ребристых радиаторов в автомобильном терморегулировании

С увеличением плотности мощности двигателей и растущим разнообразием требований к охлаждению в транспортных средствах на новой энергии (NEV) высокоэффективное рассеивание тепла остается основной задачей при проектировании современных радиаторов.

• Продолжающееся доминирование алюминиевых сплавов: Алюминиевые сплавы останутся основным материалом для высокопроизводительных радиаторов, развиваясь в сторону высокопрочных, коррозионностойких вариантов.
• Переосмысление медных материалов: Хотя медь тяжелее и дороже алюминия, ее теплопроводность значительно превосходит теплопроводность алюминиевых сплавов. В приложениях с экстремальными требованиями к эффективности рассеивания тепла — таких как высокопроизводительные вычисления ивысококлассные транспортные средства на новой энергии (NEV) — более тонкие трубки и ребра из медных сплавов могут обеспечить более высокую эффективность рассеивания тепла в меньшем объеме. В результате медь вновь привлекает внимание в исследованиях передовых теплообменников.

• Технология ребер для повышения эффективности теплопередачи: Эволюция от обычных плоских ребер к более сложным жалюзийным ребрам, волнообразным ребрам и другим конфигурациям значительно повышает эффективность теплопередачи за счет увеличения турбулентности воздушного потока и площади теплообмена.
• Технология плоских трубок (многопортовых трубок) с микроканальным дизайном: Внутренние структуры ребер (внутренние ребра жесткости) стали более сложными и плотными, что привело к разработке плоских трубок с микроканалами. Это значительно увеличивает площадь контакта между охлаждающей жидкостью и стенкой трубки, тем самым повышая теплопередачу внутри трубки для компактных радиаторов.
• Дизайн с переменным шагом ребер для оптимизации производительности: Применение различной плотности ребер в разных зонах радиатора позволяет компенсировать неравномерное распределение температурного поля, оптимизируя общую производительность рассеивания тепла.

Снижение веса имеет решающее значение для повышения топливной экономичности традиционных автомобилей и увеличения запаса хода электромобилей (EV).

• Уменьшение толщины материалов с помощью передовых производственных технологий: Благодаря передовым производственным процессам толщина плоских трубок и ребер уменьшается — от традиционного диапазона 0,1 мм и выше до 0,05 мм или даже тоньше, что позволяет создавать сверхлегкие сердечники радиаторов.
• Структурная оптимизация с использованием CAE: Топологическая оптимизация с использованием систем автоматизированного проектирования (CAE) позволяет удалять избыточный материал при сохранении прочности и эффективности рассеивания тепла, создавая легкие сердечники радиаторов без ущерба для долговечности.
• Применение легких материалов: Инженерные пластики или композитные материалы используются для водяных баков и боковых пластин вместо традиционных металлических компонентов, что значительно снижает общий вес узла радиатора.

Радиатор больше не является отдельным компонентом, а неотъемлемой частью общей системы терморегулирования (TMS) автомобиля.

• Многофункциональные передние модули охлаждения: Особенно заметно в транспортных средствах на новой энергии (NEV). Радиаторы часто интегрируются с промежуточными охладителями, конденсаторами кондиционеров, охладителями чипов и т. д. в один модуль — передний модуль охлаждения. Это экономит место, упрощает сборку и оптимизирует компоновку автомобиля для лучшей тепловой интеграции.
• Функциональная интеграция для многоисточникового охлаждения: Например, интеграция функций охлаждения аккумулятора, электродвигателя или силовой электроники с радиатором двигателя в один сердечник позволяет комплексно управлять несколькими источниками тепла, повышая общую эффективность системы.

Система охлаждения переходит от пассивного реагирования к активному прогнозированию и точному управлению.

• Координация с активной решеткой радиатора (AGS): Радиатор работает в тандеме с AGS. Когда потребность в охлаждении низкая, AGS закрывается для снижения аэродинамического сопротивления и повышения энергоэффективности; когда возникает высокая потребность в охлаждении, AGS открывается для максимального воздушного потока.
• Умные вентиляторы и насосы с регулируемой скоростью для охлаждения по требованию: Скорость вентилятора и расход насоса регулируются в режиме реального времени в зависимости от тепловой нагрузки, обеспечивая охлаждение по требованию и снижая ненужное потребление энергии.
• Интеграция системы терморегулирования: Являясь исполнительным элементом TMS автомобиля, радиатор получает сигналы от нескольких датчиков температуры, с унифицированным принятием решений блоком управления (ECU/VCU), обеспечивая точное регулирование температуры в различных условиях эксплуатации (например, холодный пуск, движение по шоссе, быстрое ускорение, быстрая зарядка).

Передовые производственные процессы лежат в основе описанных выше тенденций.

• Технология пайки Nocolok без флюса: Технология пайки Nocolok без флюса становится все более зрелой и широко распространенной, обеспечивая высокотемпературную прочность и коррозионную стойкость сердечника радиатора — ключевые факторы для сложных, легких и тонкостенных конструкций.
• Автоматизированное и интеллектуальное производство: Для повышения эффективности производства и стабильности продукции, а также снижения уровня дефектов при массовом производстве радиаторов используются машинное зрение и роботизированная сборка.
• Повышенная коррозионная стойкость: Благодаря оптимизированным составам материалов, высокопроизводительным покрытиям и улучшенным процессам пайки срок службы радиаторов в суровых условиях (например, высокая соленость, высокая влажность) продлевается, обеспечивая надежность для тяжелых условий эксплуатации и применения в электромобилях.

Транспортные средства на новой энергии (NEV), включая аккумуляторные электромобили (BEV) и топливные элементы, предъявляют новые требования к проектированию радиаторов.

• Низкотемпературное охлаждение для электромобилей и топливных элементов: Радиаторы для электромобилей и автомобилей на топливных элементах в основном обслуживают аккумулятор, электродвигатель и силовую электронику, работая при температурах, как правило, ниже 65 °C — значительно ниже, чем у двигателей внутреннего сгорания (~90 °C) — но с более высокими требованиями к стабильности и равномерности температуры.
• Диверсификация охлаждающих жидкостей для безопасности при высоком напряжении: Для соответствия требованиям безопасности высоковольтных систем в современных электромобилях могут потребоваться охлаждающие жидкости с низкой проводимостью.
• Компактный и адаптивный дизайн: При отсутствии большого бака для охлаждающей жидкости двигателя, но при большем количестве компонентов, требующих охлаждения, предъявляются более высокие требования к пространственной компоновке и адаптивности формы радиаторов, что стимулирует инновации в области компактных теплообменников нестандартной формы.