0040-轻型冷藏车车厢总成设计【全套12张CAD图+说明书】
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摘 要
通过对隔热车厢结构及尺寸的分析比较，完成冷藏车车厢总成设计，其中包括车厢设计、车厢对开门设计及性能计算与校核。
本设计的隔热车厢各部分之间的连接多采用粘接剂而非螺栓和铆钉等金属件，不仅减少了热桥，而且增加了平整度和美观度。隔热材料选用应用最广泛的聚氨酯泡沫，其导热系数较小且具有一定的抗拉抗弯强度，与钢板和胶合板的粘接力较强且密度低，减少了隔热壁厚度，在车厢外尺寸确定的情况下增大了车厢装载容积。车厢门及其附件尽量采用简单可靠的零部件和装配固定方法，确保密封性。根据计算确定的热工参数选用合适的制冷机组并合理完成各部分的安装与固定。
本设计的车厢总成结构简单，性能良好，成本不高，高性能材料和先进技术的应用有效降低了车厢的自重，各参数均符合设计要求。
关键词：冷藏保温汽车，隔热材料，制冷机组，传热系数
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共 20 页 第 1 页 装 订 线 新型多功能车 黏性耦合器单元内 强制对流和表面粗糙度的影响 中国台湾彰化 500杰守 号， 电子邮件： 电子邮件： 对应的作者 国台湾台北 10608，国立台 北科技大学车辆工程系 电子邮件： 泰生 中国台湾彰化 500，大叶大学车辆工程研究所 电子邮件： 要： 一项试验对新型多功能车 黏性耦合器单元 的局部传热和 流动特 点进行了分析。热量由自由对流和强制对流转移而来，并受各种转速下壁和 嵌入式 环状分布肋条 的 润滑效果影响。在实验条件下模拟 新型多功能车 黏性耦合器单元 的一系列 实际运作，无论是转速和几何参数必须相当接近真实环境。此外，试验段设计，使实际大小的 新型多功能车 动力传输系统的冷却特性可以被调查。整体温度分布估计和局部传热系数分析。参考流场分布，就清楚了泰勒涡流上离心力的影响力。最后， 新型 多功能车设计师由试验结果中得到一些经验公式。 关键 词 ： 热传递；流动特点；黏性耦合器单元；新型多功能车；泰勒涡流 参考 文本如下： 吴泰生（ 2007）“新型多功能车黏性耦合器单元内强制 对流和表面粗糙度的影响”， 45期，第 4， 449 个人简历： 一位中华人民共和国台湾 技大学机械工程副教授，他在 1999 年从中华人民共和国台湾国立清华大学获得博士学位。他的主要研究领域是车辆工程设计，实验性热传递，为汽车设计计算流体动力和发动机冷却。 共 20 页 第 2 页 装 订 线 一位台湾国立台北科技大学车辆工程教授，他在 1992 年获得美国密歇根大学的博士学位。他的主要研究领域是混合动力电动车，混合气动力系统，金属燃料电池 ，智能车舱和车辆动力总成系统的冷却技术 吴泰生是一名中华人民共和国台湾大叶大学车辆工程研究生院的研究生，他的主要研究领域是黏性耦合器单元的冷却 1 引言 在过去十年，汽车技术的发展十分迅速。汽车用户的关注焦点已经从常规汽车转移到专用车辆，比如运动的，休闲的和爬山的。这个转变导致了 新型 多功能车的逐渐成熟。在过去的五年里， 新型 多功能车系统完成了从分时到实时系统的演变。后者包含了小轿车和所有全轮驱动越野车的特点。所以动力传输线路自动激活。 一般来说 ，在平坦的道路上只有前轮驱动是必须的而在 崎岖或湿滑的 道路上使用四 轮或全轮驱动。 新型 多功能车的发动机动力通过变速器传递给动力输出装置、传动轴和 黏性耦合器单元。因为汽车的黏性耦合器单元通过后方的差速器向后轴和半轴进行动力传输，所以在干燥平坦道路上持续运行，可能会引起黏性耦合器单元过热。当后方差速器里的冷却油的温度超过某一临界值时，黏性耦合器单元内部的旋转刀片连接器会被脆弱地烧坏， 因此，润滑 油 问题必须得到解决 。 黏性耦合器单元的内部几何包含同轴旋转缸体， 其中内部 缸体 旋转 而外部的固定。 一个小空间分隔 成两个汽缸。 一 些学者 力 求分析对应 的旋转和流场。例如， 泰勒(1923)在内部超过外 部旋转缸体的基础上 提出了 一项操作技术。 当转速超过某一特定值时 ， 离心力造成流量不稳 ，流量分布从 当泰勒值超过临界值时 流体循环开始成为一个不稳定的泰勒漩涡 。间隔间距的重要性，以泰勒主任流量进行了分析 （陈， 1992 ） 。 当基本流程达到最稳定的状态下 ，涡流开始被一个多层的结构支配。 陈和昌（ 1992 ）在一个小差距旋转 缸体内 研究了稳定的泰勒主任流量 。 分析是基于这样的假设： 缸体间距 ，远小于内 缸体的平均半径。孔和刘审查了环形 和泰勒 涡流 的稳定 性 (孔 和刘， 1997)。他们发现 ，不稳定的 环形 量 在同轴旋转 缸体内 很有趣 。 肖等人 (2002) 使用了 激光光学技术 探索两个同轴缸体间波状泰勒涡流的特点，其中内缸体经过充分的预加速度而外缸体静止不动。 1995）研究了在旋转缸体里反向循环的热量转移。局部传热在各种不同的长 李和 1989) 试验 性地调查了其中有一个缸体旋转的两个同轴缸体的传热特性。 他们的 试验 结果提供了进一步的洞察 ，在高温转移但是低压下降中一个热交换装置是必须的。 （ 1999） 调查 共 20 页 第 3 页 装 订 线 在一个有旋转内缸体和轴向流的环形区域内的循环和热传递。虽然几何非常简单，但是当超过稳定的值时，流场开始变得非常的复杂。 加德纳与 1978年） ，康尼（ 1979 ） ，贝克尔和凯（ 1962 ） 和 1997)等 研究了旋转缸体间环形间隙里的热传递。涡流流量的起始显示了一个强大的热传递效应，因此，在开始的时候对热传递和环流的联系进行预测是重要的。 1992a， 1992b)等 考虑 了 含有旋转内缸体的两个同轴缸体之间的二维和三维层流，同时调 查了内部的缸体腔。他们的调查结果显示当内缸体腔大于外缸体腔的时候流量和热传递是更强的。 许多 作品 (阿里 2000年 ； 李等 ， 1997 年 ； 哈德森等 ， 1978年 ； 2000)调查在共缸体内由离心力引起的不稳定流。 (1986)设想独立的同轴旋转缸体之间的循环。流量在一个包含各种涡流的环形 种不同的状态在他们对称旋转和反射之下被区别。 1964 年）研究 了含有内旋转缸体的两个同轴缸体的开发流程。以内旋转缸体壁附近开始出现一系列振荡波为不稳定的 开始， 当流体顺流移动，波动延伸向外，最后卷曲引起对 涡流。当连续的流量沿输送管向前发展，流量和细胞都呈梯形。 这项研究实验性地阐明了 黏性耦合器单元和强制对流以及各种周期的腔的热传递和流动特点。试验部分是一个具有真实参数和实际尺寸的动力传输系统，使其尽可能地在试验条件下模拟实际操作范围。在这个试验中，宽度的环状分布的肋条被利用，长宽比有 5/3, 0/3。相应的，流场的涡流可以增加，以改善润滑油和增加传热接触面的冷却油。在这个实验中，不仅测量温度分布，而且分析和比较了局部传热系数来解释局部高 温导致刀片损坏的可能，同时也确定了环状分布肋条的最佳尺寸作为设计基准。相应的，我们对环状分布肋条长宽比在热传递方面影响的了解改善了。预计外部冷却油强制循环和克服流动阻力的限制将导致热效率的显著提升。这项工作调查了节约成本和高效润滑油的联系，其中包括一份对温度测量和流场观察的深入分析报告。建议考虑以实验为依据的实际因素下局部温度分布系数变化的相互关系。这个关系在设计新型多功能车 黏性耦合器单元中是有用的。 2 实验参数分析 润滑油的不良表现引起 黏性耦合器单元的损坏是典型的。因此，对控制黏性耦合器单元内部运行的物 理参数进行深入分析是必须的。影响热传递和流场结构的主要因素包括强制对流的影响、转速、离心力和肋条的长宽比。局部传热系数 网状热壁的连续变化 b,b,Tb,z)。网状热壁从输送管壁到冷却油的连续变化视内部旋转缸体的表面散热而定。散热试验不仅在系统静止时，而且在各种转速时实施。局部温度 Tb,计热损失和焓的变化的局部热量平衡来确定。大部分以前的加热原件的温度下游是利用上游的下一站。局部努尔赛特值由局部温度传递系 数和液压直径确定是 共 20 页 第 4 页 装 订 线 在其中，冷却油的热传导率 3 实验的组织和测试部分 传递的实验装置 该实验装置是特地为新型多功能车 黏性耦合器单元设计的。 它包括四个部分 分 ，旋转轴，冷却油系统和数据采集系统 。图 1介绍了测量温度的设备。 被测试的旋转轴的 主要动力 来源 是一个高速三相交流电动机，通过变频器控制转速模拟实际的旋转，输入电压为 220大安全转速为每分钟 4000转。转速利用一个光学转速计 (量，动态通过一个具有 双槽皮带轮和 一个 这里，实验装置的转速为每分钟 1200 ， 1600 ， 2000 ， 2400 ， 2800 和 3200 转。 表 1 显示实验转速和 车辆的 实际 转速。使用 X 优质自动变速 器 油 作为冷却油和回油系统包含两个油箱 用供油泵在 30kg/固定压力下强制将冷却油输送至测试部分内部；另一个是回油箱，用来收集测试部分的冷却油和向供油箱提供恢复常温的冷却油。同时，流量控制器 (控制流量为 10 m 3 /s, 10 m 3 /s, 10 -6 m 3 /s 和 6 m 3 /s 。 图 1 实验装置 1：泵 5：转换器 9： 接器 2：流量计 6：电动机 10：后差速器 3：油箱 7：数据记录器 11：油箱 4：转速表 8：计算机 表 1 实验的转速和车的实际转速 全轮 驱动车辆的实际速度 *（公里 /小时） 实验转速（每分钟转速） 牵引力 共 20 页 第 5 页 装 订 线 *福特 （全轮驱动越野车）， 实际的差速器最后驱动比是 胎直径是 一个由铜丝和康铜丝 (55%铜， 45%镍 )制成 用来测量来自实验部分的信号。 在测试之前 ，热电偶用来自于电源的稳定的电压进行焊接。热电偶被嵌入黏性耦合器单元表面并使用混合热固性导热胶水 (00)固定。每个洞充满导热胶水使接触热阻的影响减到最小。然后，热电偶测量来自试验部分的信号并 输入数据记录器 (型号： 2500E); 由 电位差信号被转换了成一个 局部 温度 。从数据记录器得到温度数据之后，所有数据都被输入一台计算机，计算机程序将温度转换成数据加以分析。 试部分的尺寸和热电偶的位置 测试部分的设计类似于福特制造的实时全轮驱动车 中央差速器，来模拟 黏性耦合器单元的实际运转作用。测试部分的实际尺寸为 L=1200mm、7D=7=4状分布肋条的尺寸为 w=5、 10h=3、和 10/3。在这个实验中，三个环状分布肋条被裱在测试部分上以增加传热面积，在 情况下分别增加传热面积 试部分包括 34个温度测量点， 其中 12个均匀分布在顶 部区域的轴线方向上， 12 个均匀分布在底部区域的轴线方向上。它们被用来测量 黏性耦合器单元的局部表面温度分布。 每 个 点被用于测量 黏性耦合器单元圆周方向上每三十度的 局部温度分布。第六个温度测量点在顶部和底部的 0度和 180度，和 图 2描述 的测量测试部分温度的热电偶的 实体尺寸 和位置相同。在这种情况下， 测量温度的产量表明 对 应区域的局部温度，使 黏性耦合器单元在实际运转中的 热传递特点和冷却方案能够被分析。 图 2 测试部分 共 20 页 第 6 页 装 订 线 于循环设想所采用的实验装置 测试部分是专门设计的，尺寸是真实的 黏性耦合器单元的两倍，使在这个实验中能够观察流场以识别黏性耦合器单元运转过程中的内部流场。 图 3 显示 了 整个流场的观测仪器 。测试部分根据旋转刀片的四种连接方式制造，尺寸是 黏性耦合器单元两倍。环状分布肋条的宽度有 10、 15和 20要是因为相同的泰勒值在初期的热传递实验中应该被考虑。假设泰勒值相同， 每次圆筒的实体尺寸被加倍 ， 旋 转速度将下降到21、 260、 353、 442、 530、 620和 710转每分钟 。该图像采集系统使用一台数码相机用来将流场的动态状态输入计算机。 图 3 可视循环实验装置 1：油箱 4：转速计 7：测试部分 10：激光源 2：供油泵 5：电动机 8：石英玻璃支柱 3：转换器 6： 机 9：计算机 图 4 在各种雷诺值时欧拉值的分布 共 20 页 第 7 页 装 订 线 4 结果和讨论 根据模拟真实的新型多功能车的各种不同 的转速，应用强制对流测量 黏性耦合器单元和顶部和底部轴线方向上的温度分布得到六个泰勒值和四个雷诺值。 对实验参量的不确定分析在附录被列出 。下面讨论实验的测量。 压的影响 讨论实验的压力降低超过正常操作温度范围的影响。在本实验中测量测试部分在四种情况下的局部传热得到四个雷诺值 (根据记录的压降，压力减少影响的结果用下面的欧拉值表示。 这个值代表冷却液 在黏性耦合器单元中惯性 输入和输出 的 压力比 。图 5标出了雷诺值和欧拉值之间的相互关系，欧拉值和雷诺值成反比。实验结果表明压力降 对应雷诺数，更大的雷诺数对应更大的压力减少 。光滑表面和增加的环状分布肋条表面压力存在细小的区别。此时，四种情况下的欧拉值非常接近彼此，差别平均只有 更小的雷诺数对应更大的欧拉值。当雷诺数等于 性耦合器单元环状分布肋条的欧拉值 是 超过表面光滑的黏性耦合器单元。因此，当强制对流的影响上升到一个特定值 (压力的降低对黏性耦合器单元的影响已经不大，无论是有光滑表明还是环状分布肋条。欧拉值和雷诺数的经验公式可以从图得到， Eu=e)d 2。表二显示了相关系数。 图 5 情况中 各 种 强制对流 中的 努塞尔 值 分布 结果 共 20 页 第 8 页 装 订 线 表 2 欧拉值的经验方程系数 制对流的影响 强制对流的强度取决于雷诺数，从物理意义上显示了惯性力和黏性力之比。图 5用六个泰勒数显示了在情况中雷诺数和 努塞尔 数的分布图。实心标志表示的位置X/D = 空白的标志表示的位置 X/D = 黏性耦合器单元的顶部。该图显示当雷诺数从 到 塞尔 数的增加，因为 努塞尔 数决定了强制对流的强度。更大的雷诺数对应更有效的热传递。强制对流测试表明，当雷诺数超过一个预定值， 它的对 热传递的 影响明显 减弱 。因此，在黏性耦合器单元的热传递中冷却剂的最佳流速必须被确定，优于盲目增加冷却剂的流速，这被 0 5下的实验所证明，其中当雷诺数从 对应的 努塞尔 数从 加到 60%。因此，当雷诺数超过 对热传递的影响大大减少。 共 20 页 第 9 页 装 订 线 图 6 标出了当黏性耦合器单元的顶部的 X/D=泰勒数最大 /最小时雷诺数和 努塞尔 数 的分布。 这个图被分成二 个 上部 ，各自有四组分布对应四种情况。在106，雷诺数给定的情况下，四个热传递分布彼此类似，雷诺数的增加是造成 努塞尔 数逐步增加的原因。相反，在底座 105的情况下，四个 努塞尔数分散在特定的雷诺数上，雷诺数的增长引起 努塞尔 数的增长，主要是因为冷却液的黏性。在 ，黏性耦合器单元的温度升高而冷却油的黏性降低。在性耦合器单元温度降低而冷却油黏性变大。 图 6 情况 中各种强制对流影响下的 努塞尔 值分布 转的影响 当内部缸体旋转而外部缸体保持静止出现而泰勒涡 流，对旋转结果的分析影响热传递中泰勒数的结果。在内外缸体的间隙的相反方向出现许多对旋转的涡流，因此，在高速旋转过程中保持交错的温度分布，黏性耦合器单元被局部高温损坏。 当 到达临界值时 ，流场中会出现泰勒涡流。这个实验需要六个在 为雷诺值比较小，泰勒涡流也出现在流场内部。 图 7显示在情况 塞尔 值的分布 。此图清楚地表明当泰勒值从105上升到 105时各种雷诺值下 努塞尔 值的 下降，因为泰勒值控制旋转的强度。在第一块 中并取 105,泰勒值为 比较旋转的影响，以此为基础， a=塞尔 值的 比率是 第四块中并取 105,泰勒值为 比较旋转的影响，以此为基础， a=塞尔 值的 比率是 共 20 页 第 10 页 装 订 线 较 X/D = ，在所有情况下 努塞尔 值在 X/D= 况下都要超过 X/D=况下，因为关于黏性耦合器单元前面X/D=油影响接近冷却油的入口，因此 努塞尔 值超过 X/D=况。当冷却油的流动逐渐接近后差速器时，当 X/努塞尔 值下降。后差速单元包括一个齿轮装置和旋转产生的热量，因此， 努塞尔 值减小。图 8显示在四种情况下 努塞尔 值随泰勒值的变化。如图 7 分布，当泰勒值上升， 努塞尔 值的分布下降。在 情况 有的 努塞尔值都很小，但是在各种情况下的努塞尔值的分布非常类似于在 图 7 情况 塞尔 值的分布 图 8 情况 中各种泰勒值时的热传递分布 共 20 页 第 11 页 装 订 线 状分布肋条和光滑壁之间的比较 环状分布肋条被嵌入壁的表面以增加流场的涡流，并且改善热传递的区域。然而，实验数据不完全支持这一说法。图 9和图 10标出了四种情况中 e=塞尔 值的分布，比较在四种给定相同的强制对流的情况下最大和最小泰勒值的影响。图 9表明，黏性耦合器单元顶部的 努塞尔 值在 105的情况或者最大。同样 ，图 10 显示黏性耦合器单元顶部的 努塞尔 值在四种情况中前后部分 努塞尔 值不同这个事实的产生是因为各种环状分布肋条被植入，归功于温度变化时雷诺值、泰勒值和冷却油黏性的影响。 图 9 情况 中 部 努塞尔 值的分布 共 20 页 第 12 页 装 订 线 图 10 情况 中 部 努塞尔 值的分布 共 20 页 第 13 页 装 订 线 图 9 和图 10 清楚地显示嵌入的环状分布肋条阻碍了冷却油的流动。努塞尔值在X/D= X/D=的分布比较表明，努塞尔值在情况中 a=的差别有 在情况中努塞尔值的差别只有 当105 时， 努塞尔值 在情况 中的差别有 而在情况中努塞尔值的差别只有 不过努塞尔值在 情况 中 图 11 显示情况 中随着强制对流的变化和循环参数，努塞尔值的平均比率倍数于 情况。实验的关系被确定如下 和 图 11 和 表 3列出了在情况中的值，显示在光滑表面的平均 努塞尔值。 共 20 页 第 14 页 装 订 线 表 3 在情况 中平均 努塞尔值的分布（光滑表面） 场的观察 对流场的观察是为了测试在情况 -中七个转速和泰勒值的组合。黏性耦合器单元的内部流场取决于外部固定而内部旋转的两个同轴圆柱。在这流场中，科氏力、边界切向速度、离心力、 黏性和边界条件之间的相互作用影响冷却油在流场中的流动。 图 12比较在四种情况中 796(1)在 t=4s和 t=20场。当 t=4时，在四种情况中气泡朝受旋转影响的旋转方向移动。旋转的切向速度和冷却油黏性导致润滑油朝旋转方向流动。前面油的数量减少而后面油的数量增加，强迫空气向旋转方 共 20 页 第 15 页 装 订 线 向移动。当 t=20 时，在四种情况中旋转缸体后面的润滑油升到前面，外缸体内壁的油的表面在情况中合并到两个气泡中，在情况 -中合并到四个气泡中。这个差别源于嵌入的环状分布肋条。 图 12 在情况 -中 796( 21)时流动的清楚呈现 图 13 比较了在 260)且 t= 5s 时情况和 中流的结构。在 t=1时，气泡在两种情况下都集中在缸体的顶部位置。在 t=3 时，旋转的切向速度和润滑油的黏性导致润滑油向旋转方向移动。该图清楚地表明，润滑油表面向旋转方向移动是因为在情况中旋转速度大。最初位于缸体顶部的气泡以分散的方式融入润滑油中。同样的，在情况中当旋转速度高的时候，润滑油向旋转方向移动，在移动港开始时空气分成若干块前流入狭长区域，因为嵌入的环状分布肋条导致油的流动结构和在情况中不同。 图 13 比较当 60)时，情况和中油的流动结构 共 20 页 第 16 页 装 订 线 5 结论 这项调查研究了黏性耦合器单元顶部和底部区域轴线方向上的温度分布，阐明了黏性耦合器单元的热传递和流动途径。环状分布肋条增加热传递经过的区域和他们对流场结构的改变被各种实验参数所表明。总结如下： 虽然光滑表面的压力和从环状分布肋条表面得到的压力没有很大的不同，在低的雷诺值下，光滑表面在压力下显示出一个小的差别。冷却液的流动阻力低。然而，当5时，四种情况下的压力修正系数很小。因此，当强制对流的影响很强时，黏性耦合器单元流场中的流动阻力可以被忽视。 实验结果表明， 更大的雷诺 值 同更大的热传递联系在一 起 。在这个实验中，雷诺值超过预定值时对热传递的影响明显小于雷诺值低于预定值时。优化冷却油的流动，而不是盲目增加冷却油的流动，在热传递工程中是至关重要的。实验结果显示当 传递时非常缓慢上升的。 对旋转效应的分析表明泰勒值强烈影响热传递分布。当 0，因为泰勒涡流，努塞尔值 随 X/起黏性耦合器单元内部热传递不一致，有助于区域局部高温损坏机器。 在壁表面嵌入的环状分布肋条增加了流场的波动和热传递经过的区域，以改善传热效果。实验结果表明，当泰勒值小时 努塞尔值在情况中最大， 当泰勒值大时努塞尔值在情况中最大。热传递实验产生了经验方程，方程（ 4）和（ 5）适用于在有各种预计循环参数的强制对流下的平均努塞尔值，粗糙和光滑表面。 这清楚呈现的润滑油的流动显示由于冷却油的黏性，流场在 796(1)时在 情况中产生稳定的 滑油沿着外缸体顶部的内壁流动。转动是相对 共 20 页 第 17 页 装 订 线 缓慢的并且引力的影响是弱的，因此润滑油的流动表面被合并到两个油路中，然后，最终融入一个油路中。在情况 中冷却油的流动更加复杂：在环状分布肋条的顶部，气泡中的流动最明显。润滑油沿着外缸体顶 部的内壁流动，改变了流动结构。最后，在情况 中润滑油的流动被合并到由嵌入的环状分布肋条形成的三个油路中， 致谢 作者想感谢中华人民共和国国家科学委员会根据 2约 对这次研究的财政支持 参考文献 2000)“ 流体动力学研究，第 27期 ,109 1986)“独立旋转缸体的圆形 ”， 第 164期 ,155 1964)“具有内部旋转缸体的同轴缸体之间的流发展的研究”， 383 .、 2000)“ 新型双流体泰勒涡流中的质量运输 ” ,刊 ,第 46期 ,第 12,2395 .(1962)“内部旋转缸体的环形非绝热流动的测量” ,97。 .(1992)“泰勒主任流量间隔间距的相对重要性” ,第13期 ,112。 1992)“小间隙旋转缸体间的泰勒主任流量的稳定” ,第 243 期 ,443 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