汽车发动机散热器散热面积的计算

1、第20卷 第4期黄 石 高 等 专 科 学 校 学 报Vol. 20 No. 42004年8月JOURNAL OF HUANGSHI POLYTEC HNIC COLLE GE Aug 2004汽车发动机散热器散热面积的计算黄新明 华文林(黄石高等专科学校机械与动力工程系, 湖北黄石435003摘 要:介绍了散热器的作用及其构造, 阐述了散热器散热效果的调节方法, 推导出了散热器散热面积的计算公式。关键词:散热器; 冷却; 散热面积中图分类号:U270 38+4 文献标识码:A 文章编号:1008-8245(2004 04-0037-03The Calculation to Heat -tra

2、nsfer Areaof Automobile Engine s RadiatorHuang Xinming Hua Wenlin(Department of Mechanic and Dynamic Engineeri ng ,Huangshi Polytechnic College,Huan gshi Hubei 435003 Abstract:This paper introduces the function and constructure of radiator, and discusses the regulating method of radiator s heat-tran

3、sfer effect, then deduces the calculation equation of radiator s heat-transfer area . Keywords:radiator; cool; heat-tranfer area热器2、风扇4、水泵5、节温器6、进水管及出水管1 散热器的作用如图1所示, 汽车发动机冷却循环系统由散等组成。冷却系统的作用是:疏散发动机各零件的热量, 使这些零件的温度保持在发动机正常工作所许可的范围内。因发动机工作时, 燃料燃烧收稿日期:2004-01-28作者简介:黄新明(1963 , 男, 湖北黄石人, 工程师, 主要从事机械产品的

4、设计与制造工作。参考文献1 罗曼诺夫斯基(苏 冷压手册M 北京:中国工业出版社, 19652 李硕本 盒形件的冲压变形分析J 电子工艺技术, 1983(23 王孝培 冲压手册M 北京:机械工业出版社, 20004 于连仲 高方盒形件多次拉深工艺过程的确定D 全国第一次冲压学术会议论文集, 19855 中川威雄著, 郭青山译 板料冲压加工M 天津:天津科学技术出版社, 1982(责任编辑:李明喜38 黄 石 高 等 专 科 学 校 学 报 2004年所产生的热量一部分转变为有用的机械功, 输出功率; 另一部分则使发动机中直接与燃气接触的零件(如活塞、气缸、气缸盖和进排气门等 强烈加热。如这些零件

5、长时间的过热和不均匀受热, 将使材料的机械性能下降, 破坏了机件间的正常间隙, 并使润滑油高温分解或烧掉, 失去润滑能力, 引起零件加速磨损, 甚至卡死等严重事故。散热器是汽车发动机冷却循环系统中的一个重要部件, 其作用是将由冷却循环水带出的发动机各零件的热量散发到空气中, 其质量直接影响着汽车发动机冷却循环系统的性能指标 。图2 散热器1 主 片 2 上水室 3 加水口盖 4 冷却管 5 散热带 6 支 架 7 下水室 8 侧 板 9 附侧板3 散热器散热效果的调节发动机的冷却必须适度。若冷却强度不足, 将出现过热现象, 水箱中的水温将升至沸点, 水蒸气大量蒸发, 发动机的热效率低, 油耗大

6、, 同时, 发图1 发动机循环式水冷系示意图1 百叶窗 2 散热器 3 加水口盖 4 风 扇 5 水 泵 6 节温器 7 水温表 8 水 套 9 分水管 10 放水阀动机的零件也会因润滑不良而加速磨损。若冷却强度过强, 将出现过冷现象, 一方面由于热量散失过多, 使转变成有用功的热量减少, 另一方面, 由于混合气体与冷气缸壁接触而凝结并流到曲轴箱内, 不仅增加了燃油消耗, 且使机油变稀而影响润滑, 结果也将使发动机功率下降, 磨损加剧。在气缸盖内的冷却水温为8090! 之间时, 散热器与发动机匹配最好。使用条件(如汽车速度、负荷和环境温度等 对散热器的散热效果有很大的影响。为使散热器与发动机很

7、好地匹配, 可以改变通过散热器的空气流量和改变通过散热器的冷却水流量的方法来调节冷却强度。通常利用百页窗和各种自动风扇来实现改变通过散热器的空气流量, 而使用节温器或者支路循环来控制通过散热器冷却水的流量。2 散热器的构造散热器的构造如图2所示。其主要组成部分为上水室2、下水室7、加水口盖3、侧板8、支架6和散热器芯。在上、下水室上分别焊有进、出水管, 以便于与进、出水软管联接, 在上水室上还焊有加水口管, 用于向散热器中注入冷却水, 平时管口用加水口盖盖住, 在下水室上通常都装有放水阀门。侧板加强了散热器的强度, 又将用于与外部连接的支架与其它构件连为一体。散热器芯是散热器的核心部件, 是散

8、热器的主要散热元件。散热器芯的构造型式有多种, 但管带式散热器芯以其散热能力强、制造工艺简单、质量小、成本低等优点而得以广泛地应用。如图2所示, 管带式散热器芯是由波纹状的散热带5与冷却管4相间排列着, 冷却管的两端分别插入上、下水室主片1的扁孔中, 外侧的散热带被两片附侧板9所夹持经钎焊而成 。4 散热器散热面积的计算设计散热器时一般是根据发动机在某一常用工况下能得到可靠的冷却而设计。散热器的散热面积是散热器的一个主要技术指标, 它对散热器的散热效果有着至关重要的影响, 在散热器的的, 对积都确 第4期 黄新明 华文林:汽车发动机散热器散热面积的计算39求。其中:S 散热器散热面积, 单位:

9、m 2; k散热面积系数, 对大水箱:k=1. 1, 对小水箱:k=1. 05;a 冷却管长度, 单位:mm; b 冷却管宽度, 单位:mm; L 主片间距, 单位:mm; m 冷却管排数; n 冷却管层数;A 散热带峰值, 单位:mm; B 散热带宽度, 单位:mm; Z 散热带波峰数。散热带宽度为标准值, 其值如下:图3 冷却管与散热带特征一排管散热器B=16mm, 二排管散热器B=32mm,三排管散热器B=49mm, 四排管散热器B=66mm,冷却管的尺寸已标准化, 散热带的峰值为减少工装设备的品种数量也做成了标准尺寸。我们选用的标准:冷却管外形尺寸a b=13mm 2. 1mm, 散热

10、带峰值A =10mm, 则散热器的散热面积计算公式为:S=k28. 4(L +68 m n+40B Z(n+1 /106散热器的散热面积由散热带的散热面积(双面 、冷却管的散热面积、上、下水室及其主片以及附侧板的散热面积等组成。由于附侧板的材料为08F 钢板, 其导热性较散热带和冷却管的材料紫铜差很多, 又由于附侧板和上、下水室及其主片的面积占整个散热器的散热面积的比例很小, 计算又复杂, 所以在实际计算散热器的散热面积时只计算散热带和冷却管的散热面积, 而后给一修正系数对其值进行修正, 以使计算数据与实际情况更相符。如图3所示, 冷却管横截面的外侧周长为:2(a-b + b, 由于上、下主片

11、均向水室方向凹进去34mm, 则暴露在空气中的冷却管长度如图2所示为:L +68mm, 所以, 单根冷却管的散热面积为:2(a-b + b(L+68 ; 波纹状的散热带为充分利用空间, 增加散热面积, 波纹做的很密, 则散热带的折角很小, 一折散热带的长度近似于散热带的峰值A , 如图3所示, 对波峰数为Z 宽度为B 的散热带, 其展开长度为:2AZ (两折散热带形成一个波峰 , 散热面积(双面 为:4ABZ, 对m 排n 层冷却管散热器, 共有m n 根冷却管, n+1条散热带, 散热器的散热面积由下式计算:S=k2(a-b + b(L +68 m n+4A B Z (n+1 /1065 结束语在生产实践中, 根据客户提供的散热器散热面积要求及安装条件, 在确定了冷却管排数