散热系统匹配计算分析报告方法

标准文案汽车冷却系统匹配分析计算方法名目一，概述… 1二，汽车对冷却系统的要求… 2三，冷却系统选型布置… 2四，设计计算匹配… 6五，设计验证… 12大全--9-一、概述冷却系的主要功用是把受热零件吸取的局部热量准时散发出去，保证发动机在最适宜的温度状态下工作。匹配良好的冷却系统对整车的动力性，经济性都有着至关重要的作用。冷却缺乏会导致发动机过热，产生很多不良反映：发动机过热，进气系数下降，燃烧不正常〔爆燃、早燃等，机油变质和烧损，零部件摩擦和磨损加剧〔如活塞、活塞环和缸套咬伤，缸盖发生热疲乏裂纹等，引起发动机的动力性、经济性、牢靠性全面恶化，最明显的病症则是我们寻常所见的发动机开锅。冷却过度会导致发动机过冷，不良反映有：汽油机混合气形成不良，机油被燃油稀释；柴油机工作粗暴，散热损失增加，零部件磨损加剧〔比正常工作温度工作时大好几倍，也会使发动机工作变坏。在冬天发动机启动后需要长时间热机。最终也导致整车的燃油经济性大打折扣。冷却系依据冷却介质不同可以分为风冷和水冷〔图1-1〕，假设把发动机中高温零件的热量直接散入大气而进展冷却的装置称为风冷系。而把这些热量先传给冷却水，然后再散入大气而进展冷却的装置称为1-1二、汽车对冷却系统的要求1、保证发动机在任何工况下工作在最正确温度范围；随着发动机技术水平的提高，现在发动机的最正确85~1102、保证启动后发动机能在短时间内到达最正确温度范围；3、散热器散热效率高，牢靠性好，寿命长；风扇〔主要是电子扇〕运转牢靠，噪声小，消耗功率低；水泵尽量小的消耗发动机功率。4、体积小，重量轻，本钱低，牢靠性好；6、拆装、修理便利。三、冷却系统布置选型〔一〕冷却系统构造1、分类：简洁蒸发冷却简洁蒸发冷却以加注冷却液来补偿冷却介质蒸发损失的蒸发冷却。蒸发带关心水箱的蒸发冷却用关心水箱补充冷却介质的蒸发冷却。冷却蒸发的冷却介质在冷凝器中分散后，通。过冷却回路带冷凝器的蒸发冷却流回到发动机加水箱的蒸发冷却。液体对流冷却利用热虹吸作用使冷却液自然循环的冷却方式。冷却开式强制冷却冷却介质不进展再循环的强制。冷却方式。循环冷却介质在冷却水箱、冷却塔、管式冷却器、散热器强制单循环强制冷却冷却等中进展冷却的强制冷却方式。冷却利用副回路〔外循环〕中的冷却液在热交换器中对发双循环强制冷却动机冷却介质进展再冷却的强制冷却方式。空气自然空气冷却利用自然空气循环的冷却方式。冷却强制空气冷却利用风扇迫使空气循环的冷却方式。2、常用构造：冷却水强制循环冷却方式主要零部件：发动机水套、水泵、节温器、散热器、风扇以及连接收路。工作原理：散热器上水室兼起膨胀水箱或者补偿水箱的作用。留意事项：为保证冷却系统排气顺畅，加水充分，排水彻底，散热器的上水室加水口处为冷却系统的最高点，下水室出水口为冷却系的最低点。同时，为满足发动机排气、冷却液膨胀蒸发和冷却系统补水的需要，上水室要有足够的空间。其构造如〔图1。〔1〕〔2〕组成：发动机水路、水泵、节温器、散热器、风扇、补偿水桶以及连接收路。着压力的持续上升，冷却系统内部气体排尽，冷却液开头外溢并流入补偿水桶内。当冷却液温降低后，系统内冷却液体积减小，压力下降，散热器压力盖进气阀开启，补偿水桶内的冷却液会被重被吸回冷却系。留意事项：为保证冷却系统内的气体能够全部排解，散热器的加水口及下水室应处在冷却系统〔补偿水桶出外〕的最高点及最低点。补偿水桶到散热器的连接收路要密封严密。另外，补偿水桶还要有足够的容量和膨胀空间。〔3〕组成：发动机水路、水泵、节温器、散热器、风扇、膨胀水箱以及连接收路。原理：膨胀水箱布置在冷却系统的最高点，系统压力盖安装在膨胀水箱上，系统直接通过膨胀水箱排气和补水。留意事项：因包括膨胀水箱在内的整个系统压力一样，所以各连接收路肯定要密封严密。膨胀水箱要有足够的抗压力量和空间。散热器的最高点可以低于发动机。 〔图2〕 〔图3〕注：以上构造中，发动机排气都必不行少，否则：1，如排气不好，残存空气会对发动机内壁造成气蚀，影响发动机性能。2，因发动机水套空气的存在导致散热不均匀，散热效果不良，最终影响发动机的正常工作。3，有可能导致整车暖风不热，因暖风系统和散热系统大都是联通的，及传热，储存热量的介质都是冷却液，发动机内残存的空气很简洁进入暖风系统，影响气正常工作。4，影响冷却液的加注速度和加注效果，无发动机排气，防冻液加注时需屡次加注才可以加满。随着发动机技术的进展，发动机对冷却系统中的空气排解要求也日渐增高，四、设计计算匹配〔一〕散热器散热器是冷却系统中的重要部件，其主要作用是储存冷却液，并将冷却液携带的热量散发出去，从而降低发动机冷却液温度，最终到达发动机降温的过程。进一步保证发动机的动力性，经济性及牢靠性。散热器主要由两个水室及芯体组成，主要有管片式和管带式两种。型式优点缺点管片式制造工艺简单塞管带式制造便利，散热效果好空气阻力大〔二，散热器技术参数1，散热系数：因使用材料，风速，水流量不同而不同，现在主要使用铝制散热器，其传热系数在同样条件下较高，制作简洁，质量小，本钱低。2，空气阻力：主要和芯体构造有关，主要是散热器管距及散热带波峰距，风阻越小散热器散热效率越高。3，风扇功率：风扇功率越大风量越大，散热效果越好，但同时也消耗了发动机更多功率，并产生了更大的噪声。乘用车风扇现在多承受电子扇。4，散热带波峰距：小的波峰距可以供给更大的散热面积，但同时也增加了散热器的风阻，反之亦然，5，散热面积：散热器管，带的外表积之和。散热面积越大，散热效率越好。6，迎风面积：散热器芯体正面迎风局部的面积。7，压降：指在肯定条件下冷却液从散热器入口流至散热器出口过程中压力的下降局部，压降与散热器结构及制作材料有关，在水泵扬程肯定的条件下压降越小，散热器中冷却液流速越快，冷却效率越高。〔三，风扇技术参数及介绍1，静不平衡量(g/m)：是扇叶以中心轴为基准，因制造工艺而产生的不平衡力矩，静不平衡量越小，风扇运转过程中产生的晃动越小，噪声越小，风扇牢靠性越好。电子扇一般掌握在40g/m以内，本参数的掌握可反映出供给商的制造水平凹凸。2，噪声：噪声要求应到达整车噪声要求〔四〕风扇介绍护风罩风扇护风罩是为了提高风扇的冷却效率，使通过散热器芯部的气流均匀分布，并削减发动机舱内热空气回流而设计的。因此，设计风扇护风罩时应留意技术的合理性，主要有以下几点：1、对于前置发动机，风扇护风罩的设计分整体式和分开式两种；对于后置式发动机，一般都承受整体式。分开式护风罩两局部之间有相对运动，必需用帆布圈柔性密封连接。2、护风罩与风扇叶尖的径向间隙应尽可能小，以保证风扇冷却效率。当承受分开式护风罩时，风扇1.5%，或者5mm~10mm；当承受整体式护风罩时，风扇与护风罩有相对运动，其径向间隙也不应超过风扇直径的2.515mm~20mm。3、应留意护风罩构造设计的合理性，不应有阻挡风扇气流的死角。4、风扇伸入护风罩的轴向位置，与进气效率有很大关系，对于吸风式风扇，风扇叶片的投影宽度应2/35、在安装护风罩时必需留意，护风罩与散热器之间不得有缝隙，应承受橡胶或泡沫塑料垫加以密封，以保证冷却效率不降低。6、驾驶员应常常检查风扇与护风罩之间的径向间隙，以确保发动机风扇与散热器发生相对位移时，风扇与护风罩之间不产生碰触。7、从本钱角度考虑，在大批量生产的车型中，多承受塑料护风罩。风扇发动机曲轴带动风扇发动机曲轴通过皮带轮带动冷却风扇旋转，发动机转速越快，风扇转动越快。只要发动机启动，它就要运转，不能视发动机温度变化而变化，承受这种方案，假设要调整散热器的冷却强度，要在散热器上装上活动百页窗以掌握进入的风量。风扇离合器掌握风扇为了确保冷却风扇的送风力量，设计时都按低速考虑，保证在低速时风扇有足够的送风量，这样考虑的结果，使高速时的风扇送风力量过大。因此，在车辆通常行驶状况下，应当把风扇的转速掌握在适当范围内，这样才能降低噪声，提高发动机经济性。使用风扇离合器可以掌握转速〔AFC。在AFC内部粘有粘性流体〔硅油，靠其剪切力传递扭矩。在风扇前面装有双金属片，用来感知流过散热器的空气温度，因此，掌握风扇离合器工作腔内的硅油量，使其只是在必要时，才传递扭矩使风扇旋转，当水温比较低时离合器与转轴分别，风扇不动，当水温比较高时由温度传感器接通电源，使离合器与转轴接合，风扇转动。由于风扇离合器简洁实现远距离掌握、使发动机工作温度得到了掌握，在汽车行业得到了肯定程度的推广。但是经过试验，风扇离合器的温度掌握性能、牢靠性、修理性相对较差，因此越来越多的汽车上开头承受电动风扇。、电动风扇电动风扇是由电动机来驱动风扇，电动机的起停是受水温直接感应的温度开关来掌握。汽车在低速怠速时冷却效果好，冷车启动时水温上升较快。电动机功率一般比较低，因此风扇的风量受到限制。为了掌握合理的送风量，使用专用计算机收集以下传感器信号，如水温传感器、空调器开关、发动机转速传感器等，计算机利用这些信息，计算出最正确风扇转速。该系统仅仅在需要时由电动马达带动风扇工作，供给所需的风量。这种系统的位置布置自由度大，故在发动机横置的车中的应用渐渐增加。用这种方式控制的风扇，在冷却液温度低时风扇停顿转动，而在冷却液温度高时风扇增加转速。由于电动风扇简洁实现所以其转速与发动机转速无关。电动风扇使用蓄电池电能，蓄电池只在需要风扇供风时才给风扇供电。这种风扇无动力损失，构造简洁，总布置便利。电动风扇按其转速分为二种形式，一种为单速式，一种为双速式。自控电动冷却风扇可以充分利用汽车行驶迎面风的冷却作用而大量削减发动机驱动冷却风扇的功率最简捷的途径之一。因此在节能和排放法规日趋严格的兴旺国家的轿车上得到广泛的应用。〔一〕参数输入：工程散热系数工程散热系数功率额定燃油消耗工况率最大扭距最大功率扭矩ANe设计输入备注geMeNe’工况燃油消耗率ge’2，水泵参数：a，额定工况工程代号设计输入 备注转速r/min流量Vw功率b，最大扭矩工况工程代号设计输入 备注转速r/min流量Vw’功率〔二〕匹配计算1，散热量计算：整车需要冷却系统带走的热量计算，依据整车具体不知状况考虑是否包括冷凝器，中冷器的散热量。额定工况发动机散热量：Qw=A*ge*Ne*Hn/3600最大扭距工况发动机热量：Qw’=A*ge’*Ne’*Hn/3600其中参数为：A：传给冷却系统的热量占燃料热能的百分比〔=0.18~0.25，涡流机比直喷机高；汽油A=0.23~0.30〕Hn：燃料热值，柴油和汽油的低热值分别为41870Kj/Kg43100Kj/Kg由上可以得出散热系统所需带走的热量，取其中最大值。以下以额定点为例。2，散热器散热面积散热器面积：F=Q/〔Kr*△t〕△t=tw-ta冷却水平均温度： tw=tw1-△tw/2散热器进水温度： tw1散热器进出水温差：△tw5~10冷却空气平均温度：ta=t+△t/21 a散热器进风温度： t1散热器冷却空气进出温差：△t一般取20~30a平均温度修正系数ϕ〔空气及冷却水互不混合的穿插流式换热形式，所以要以修正系数ϕ对平均温差进展修正，此处取ϕ=0.98小客车：

由此可以初步计算出散热器散热面积，散热器散热面积与功率的比一般如下 ：F00.136~0.204m2/kWNeF载重车：

00.204~0.408m2/kWNeF拖拉机：

00.408~0.680m2/kWNe3VwQw=Vw*△tw*γw*cwVw=Qw/(△twγwcw)及额定点水泵流量，此数值可由发动机供给，也可由上述公式进展计算得出。4，散热器迎风面积FF=Qw/Δt/γ/C/Va PQw:额定点散热量Δt：散热器冷却空气进出温差，一般取20~30C 空气比热容P：γaV：空气流速〔8m/s8～10m/s12m/s〕然后算出芯体的宽b和高h，最正确比例为b=h。F5，芯体厚度lR〔m〕

b RhFl 0 ……………………R FR式中：φ——散热器芯体的容积紧凑性系数，即单位散热芯部容积所具有的散热面积，m2/m3。φ值越大，500～1000.对于选定的芯部构造，它是一个定值。注：1、在整车空间布置允许的条件下，尽量增大散热器的迎风面积，减薄芯子厚度。这样可以充分利用风扇的风量和车的迎面风，提高散热器的散热效率。2、货车散热器一般承受纵流构造，由于货车的布置空间较富有。而且纵流式构造的散热器强度及悬置的牢靠性好