發(fā)動機(jī)冷卻系統(tǒng)設(shè)計計算報告_V2_2008

1、 編號：發(fā)動機(jī)冷卻系統(tǒng)設(shè)計計算報告 項目名稱： 項目代碼： 編制： 日期：校對： 日期：審核： 日期：批準(zhǔn)： 日期： 目 錄1概 述11.1任務(wù)來源11.2冷卻系統(tǒng)基本介紹11.3汽車?yán)鋮s系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)簡圖11.4計算的目的12冷卻系統(tǒng)設(shè)計的輸入條件23冷卻系統(tǒng)的設(shè)計計算23.1發(fā)動機(jī)水套散熱量Q水23.2散熱器最大散熱量23.3散熱器設(shè)計工況和校核工況33.4系統(tǒng)壓力33.5散熱器的設(shè)計計算33.5.1芯子正面面積33.5.2冷卻水管的選擇43.5.3散熱器散熱面積43.6風(fēng)扇參數(shù)設(shè)計53.6.1風(fēng)扇外徑的確定53.6.2風(fēng)扇風(fēng)量的確定53.7計算結(jié)果64結(jié)論及分析6參 考 文 獻(xiàn)7注 - 1

2、-發(fā)動機(jī)冷卻系統(tǒng)設(shè)計計算報告1概 述1.1任務(wù)來源根據(jù)？項目整車開發(fā)合同，在對樣車進(jìn)行逆向開發(fā)的基礎(chǔ)上，動力總成選用三陽？發(fā)動機(jī)，青山？手動變速器，其它發(fā)動機(jī)附件及各系統(tǒng)，參考標(biāo)桿車及國內(nèi)同類汽車底盤結(jié)構(gòu)，進(jìn)行選型和設(shè)計。1.2冷卻系統(tǒng)基本介紹冷卻系統(tǒng)由散熱器、電子風(fēng)扇、膨脹水壺等零部件組成。其功能是對發(fā)動機(jī)進(jìn)行強(qiáng)制冷卻，保證發(fā)動機(jī)能始終處于最適宜的溫度狀態(tài)下工作，以便獲得較高的動力性、經(jīng)濟(jì)性及可靠性。本車的發(fā)動機(jī)冷卻系統(tǒng)為閉式強(qiáng)制水冷系統(tǒng)。1.3汽車?yán)鋮s系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)簡圖汽車?yán)鋮s系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡圖見圖1？圖1：冷卻系統(tǒng)1.4計算的目的通過計算確定散熱器芯部的幾何尺寸及風(fēng)扇的風(fēng)量及外徑。2冷卻系統(tǒng)設(shè)計的

3、輸入條件表1 SK-L1冷卻系統(tǒng)設(shè)計基本參數(shù)發(fā)動機(jī)型式？排量（L）？壓縮比？額定功率（kW）/（r/min）？最大扭矩（N·m）/（r/min）？ 3冷卻系統(tǒng)的設(shè)計計算3.1發(fā)動機(jī)水套散熱量1)發(fā)動機(jī)輸出最大功率時,發(fā)動機(jī)水套散熱量=？ kJ/h (發(fā)動機(jī)廠家提供的數(shù)據(jù)).2)發(fā)動機(jī)輸出最大扭矩時,最大功率為？kW,發(fā)動機(jī)發(fā)動機(jī)廠家不能提供,根據(jù)經(jīng)驗值=2200kJ/(kW.h)，由于(汽車設(shè)計手冊),發(fā)動機(jī)水套散熱量=？3.2散熱器最大散熱量根據(jù)使用實踐，散熱器使用一段時間后，散熱能力會有所降低。同時，通過散熱器的氣流，受散熱器周邊環(huán)境的影響，會產(chǎn)生氣流分布不均現(xiàn)象，從而也會引起散

4、熱器散熱能力減少。充分考慮上述因素。故散熱器最大散熱量Qmax應(yīng)比大10%25%。 輕型車和轎車取下限，中型以上的車輛和工程車取上限。本車為轎車,故取下限。1）發(fā)動機(jī)輸出最大功率時,發(fā)動機(jī)水套散熱量=？=？ kJ/h2）發(fā)動機(jī)輸出最大扭矩時，發(fā)動機(jī)水套散熱量=？ kJ/h=？ kJ/h3.3散熱器設(shè)計工況和校核工況散熱器設(shè)計工況為額定功率工況，校核工況為最大扭矩工況。3.4系統(tǒng)壓力為了提高本車的使用性能，因此選擇偏高的系統(tǒng)壓力，參考該發(fā)動機(jī)在國內(nèi)其它轎車上的使用情況，確定為？kPa。3.5散熱器的設(shè)計計算3.5.1芯子正面面積a)依據(jù)發(fā)動機(jī)排量計算散熱器芯子正面面積：F0.1+0.032Vn

5、（1）式中： Ff芯子正面面積，m2； V1發(fā)動機(jī)排量，L。式中 V1=1.343 L求得：Ff=0.1416 m2b)依據(jù)發(fā)動機(jī)最大功率計算散熱器芯子正面面積：Ff=（0.0027-0.0034）×Nmax （2）式中： Nemax發(fā)動機(jī)最大功率； 由于目前的技術(shù)進(jìn)步，使用材料，制造工藝及結(jié)構(gòu)設(shè)計均有很大進(jìn)展，因此，系數(shù)取最小值為0.0027。式中 Nemax=？ kW求得： Ff=？ m2從上述兩次計算可知，散熱器正面面積Ff只要大于？m2就可以滿足要求了。為此在總布置允許的空間尺寸范圍，并參考同類車型，選擇的散熱器參數(shù)為：芯寬？mm，芯高？mm，芯厚？mm，散熱器正面面積Ff=

6、？ mm2=？ m2大于？m2，所以我們選用的散熱器正面面積是滿足要求的。3.5.2冷卻水管的選擇為了降低生產(chǎn)成本和利用現(xiàn)有工藝裝備，參考同類車型，冷卻水管斷面尺寸選用“？mm×？mm”的扁管，采用單排布置。3.5.3散熱器散熱面積依據(jù)汽車設(shè)計手冊提供公式 式中： 散熱比面積，m2/kW。 S發(fā)動機(jī)散熱器散熱面積參考國內(nèi)外產(chǎn)品，確定為0.1m2/kW根據(jù) S=0.1×Nemax 求得： S=0.1×？ S=？m2 根據(jù)散熱器廠家提供的一些參數(shù)，波高為？mm的散熱帶，散熱帶的波距為？mm，散熱帶條數(shù)？，波峰數(shù)？，帶寬為？mm。散熱帶與主片之間留有？mm-？mm之間的

7、間隙。由已經(jīng)確定的芯高？mm .根據(jù)實際的散熱面積 式中： S散熱面積，m2散熱帶散熱面積，m2冷卻水管散熱面積，m21) 冷卻水管散熱面積 式中： m散熱水管數(shù)，m=n-1,n散熱帶條數(shù)。 H散熱器芯高，mm L0冷卻水管外周長，mmSt=？m22) 散熱帶散熱面積 式中 T芯厚，mm；L散熱帶展開長度，mm;n散熱帶條數(shù), =？ m2S= St+ 2Sf =？ m2計算出來的散熱器散熱面積？ m2大于？ m2,選用的散熱面積滿足要求.3.5.4校核 計算最大扭矩工況下需要的散熱面積小于實際散熱面積，則說明散熱器的散熱能力在最大扭矩工況下也是足夠的。 校核時，驗算散熱面積用下列公式： ， ；

8、 式中：最大扭矩工況時發(fā)動機(jī)水套最大散熱量？ kJ/h ,按下式計算： K散熱系數(shù)，kJ/·h· 。K 350kJ/h；。液氣平均溫差。 twcptacp twcp散熱器冷卻水平均溫度 tacp流經(jīng)散熱器的空氣的平均溫度。 當(dāng)系統(tǒng)壓力為？kPa時，twcp ？,twcp?。慷?其中： 進(jìn)風(fēng)溫度，對于標(biāo)準(zhǔn)型冷卻系 40 （即等于沸騰風(fēng)溫） 的計算則按下式進(jìn)行： 式中 最大扭矩工況時發(fā)動機(jī)水套最大散熱量，kJ/h；散熱器的正面面積，；空氣定壓比熱，1.0048 kJ/h； 質(zhì)量風(fēng)速， 12 kg/s。 ？ 那么 =？twcptacp =？ 那么 ？ m2從上面計算得出的最大扭矩

9、工況需要的散熱面積為？ m2。而實際的散熱面積為？ m2，超過需要的散熱面積，這就說明新設(shè)計的散熱面積在最大扭矩工況下的散熱能力也是足夠的，可以滿足任何工況條件下散熱的需要。 3.6風(fēng)扇參數(shù)設(shè)計選用軸流式薄片型風(fēng)扇，采用經(jīng)驗統(tǒng)計法來估算。3.6.1風(fēng)扇外徑的確定風(fēng)扇外徑與發(fā)動機(jī)的放熱量、散熱器的散熱能力、冷卻系統(tǒng)的系統(tǒng)壓力等諸多因素有關(guān)。按散熱器芯部正面面積計算合理范圍： （3）式中 散熱器正面積，m2; D2=？m？ m因此，選用的雙風(fēng)扇直徑分別為？mm，不在以上計算值范圍內(nèi)，下面通過計算風(fēng)扇風(fēng)量來校核風(fēng)扇選擇是否符合要求。3.6.2風(fēng)扇風(fēng)量的確定1）按下式來確定所需風(fēng)扇的風(fēng)量V： (4)式

10、中：發(fā)動機(jī)水套散熱量，？ kJ/h 空氣密度，1.2kg/m3 空氣比熱，1.004 進(jìn)出散熱器的空氣溫度差，30帶入數(shù)值得：=？ m3/h1）迎面空氣速度v=V/S=？ km/h，如果車速大于？km/h時，就可以滿足需求。發(fā)動機(jī)發(fā)出最大功率時，汽車的速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于？km/h，此時迎面風(fēng)即可滿足散熱要求.2）在車輛低速行駛時，發(fā)動機(jī)需要靠冷卻風(fēng)扇來提供風(fēng)量。所以采用最大扭矩工況來校核冷卻風(fēng)扇風(fēng)量是否能滿足要求。當(dāng)發(fā)動機(jī)輸出最大扭矩時，發(fā)動機(jī)水套散熱量？ kJ/h，此時，所需的風(fēng)扇風(fēng)量V (4)式中：發(fā)動機(jī)水套散熱量，？ kJ/h 空氣密度，1.2kg/m3 空氣比熱，1.004 進(jìn)出散熱器的空氣溫度差，30 求得： =？ m3/h選用雙風(fēng)扇，風(fēng)量為？ m3/h，能滿足風(fēng)量？ m3/h的要求。3.7計算結(jié)果表2 冷卻系統(tǒng)參數(shù)散熱器標(biāo)準(zhǔn)散熱量199782.2kJ/h(廠家提供)散熱器正面面積？m2散熱器散熱面積？m2風(fēng)扇風(fēng)扇外徑？mm（？英寸）雙風(fēng)扇風(fēng)量（風(fēng)壓為6mmH2O時）？m3/h（雙風(fēng)扇風(fēng)量）風(fēng)扇個數(shù)？個4結(jié)