發(fā)動機(jī)散熱器的設(shè)計(jì)計(jì)算

/9發(fā)動機(jī)散熱器的設(shè)計(jì)計(jì)算散熱片面積是冷卻水箱的基本參數(shù)，通常單位功率所需散熱面積為0.20?0.28mTKW。發(fā)動機(jī)后置的車輛冷卻條件比較差，工程機(jī)械行走速度慢沒有迎風(fēng)冷卻，因此所配置的水箱散熱面積宜選用上限。水箱所配相關(guān)管道不能太小，其中四缸機(jī)的管道內(nèi)徑237mm,六缸機(jī)的管道內(nèi)徑=42mmo水箱迎風(fēng)面積要求盡可能大一點(diǎn)，通常情況下為0.31?0.37mTKW,后置車、工程車輛還要大一些，由于道路條件改善，長時(shí)間的高速公路上高速行駛，或者容易超載，經(jīng)常爬坡的車輛也要選得大一點(diǎn)。對冷卻液的要求：冷卻作用：有效的帶走一定的熱量，使發(fā)動機(jī)得到冷卻，防止過熱。防凍作用：防止冷卻液結(jié)冰而導(dǎo)致水箱和柴油機(jī)水腔凍裂。防氧化和腐蝕：冷卻液可防止金屬件的氧化和腐蝕。為改善發(fā)動機(jī)的工作條件，進(jìn)一步提高其冷卻性能，發(fā)動機(jī)后置或者重型車都配置了膨脹水箱。膨脹水箱應(yīng)高于散熱水箱50mm左右，必須具有相當(dāng)于冷卻系統(tǒng)總?cè)莘e6%的冷卻液膨脹空間，儲備水量應(yīng)是冷卻系統(tǒng)總?cè)莘e的11%，有暖風(fēng)時(shí)達(dá)到20%，冷卻液液面不能淹沒加水伸長頸管，加水伸長頸管上部必須設(shè)通氣孔，通氣管不宜小于?3.2mm，膨脹水箱最低液面以下水深不得低于50mm,以防止空氣進(jìn)入注水管。由于受到發(fā)動機(jī)水循環(huán)系統(tǒng)進(jìn)出口口徑大小的限制，發(fā)動機(jī)進(jìn)水接口外徑為34mm（散熱器出水接口外徑也為34mm），發(fā)動機(jī)回水接口外徑為35mm（散熱器回水接口外徑為35mm）。本產(chǎn)品所選用的發(fā)動機(jī)額定功率為：110kw在設(shè)計(jì)或選用冷卻部件時(shí)應(yīng)以散入冷卻系統(tǒng)的熱量Q為原始數(shù)據(jù)，來計(jì)算冷卻系統(tǒng)的循環(huán)水量和冷卻空氣量：

用經(jīng)驗(yàn)式Agphee——用經(jīng)驗(yàn)式Agphee——u36000.25x110x43100x0.213600=69.14kJ/s=59450kcal/h燃料熱能傳給冷卻系的分?jǐn)?shù)，取同類機(jī)型的統(tǒng)計(jì)量，％，柴油機(jī)A=0.23?0.30,取A=0.25ge-燃料消耗率，kg/kw.h；柴油機(jī)為0.210Pe-發(fā)動機(jī)有效功率，取最大功率110kw若水冷式機(jī)油散熱器，要增加散熱量，QW增大5%?10%.在算出發(fā)動機(jī)所需的散走的熱量后，可計(jì)算冷卻水循環(huán)量“Q69.1420641L/?V=w==206.41L/mmwAtrC8x1000x4.187WWWAtw-冷卻水循環(huán)的容許溫升(6°-12。)，取8°rw-水的密度，(1000kg/m3)CW-水比熱(4.187kJ/kg.°C)實(shí)際冷卻水循環(huán)量為：V二1.2V二247.69L/minaw冷卻空氣需要量：V二Qw二69蘭=3.27m3/swAtrC20x1.01x1.047wwPaAta-散熱器前后流動空氣的溫度差，取20°C:-空氣密度，一般：取1.01kg/m7-空氣的定壓比熱，可取CPa=1.047kJ/kg.°C二．散熱器設(shè)計(jì)散熱器的計(jì)算所根據(jù)的原始參數(shù)是散熱器散發(fā)的熱量和散熱器的外形尺寸。散熱器散發(fā)的熱量就等于發(fā)動機(jī)傳給冷卻液的熱量。已知散熱器散發(fā)的熱量后，所需散熱面積F可由下式計(jì)算：

F二-Qw^KAtmK-散熱器的傳熱系數(shù)千卡/米k=—11aaTk=—11aaTwLa—從冷卻水到散熱器壁的放熱系數(shù),當(dāng)冷卻水流速為0.2?0.6m/sw時(shí)，a約為2000?3500千卡/米2.小時(shí)冗，取3500。w九一散熱管導(dǎo)熱系數(shù)，純鋁導(dǎo)熱系數(shù)為230W/m.k，換算為a197.8千卡/米2.小時(shí).匯—散熱管壁厚，0.0002maaL—散熱管到空氣的散熱系數(shù)，當(dāng)流過散熱管的空氣流速為10?L20m/s時(shí)，aL=60?105千卡/米2.小時(shí).°C，取105。Lp-散熱器貯備系數(shù)，水垢及油泥影響等，一般q=1.1?1.5，取1.1At-冷卻水與空氣的平均溫差，取26。m散熱器的不同部位，其冷卻水與空氣溫差不同，通常采用平均溫差t+1平均溫差A(yù)t可由下列式計(jì)算：At=%辺2ts—散熱器進(jìn)水溫度，取90。t—散熱器出水溫度，取40。s1s2tk—空氣進(jìn)入散熱器時(shí)的溫度，取20。k1=102千卡/米2.小時(shí)冗散熱面積：QpF==102千卡/米2.小時(shí)冗散熱面積：QpF=―w—KAtm59450x1.1102x26=24.66m散熱器細(xì)節(jié)計(jì)算在計(jì)算出散熱面積后，就是散熱器芯部的選擇。從結(jié)構(gòu)上分主要有管片式和管帶式兩種（如圖1）。這里選用管帶式散熱器。根據(jù)汽車行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)QC/T29025-1991,選擇如下芯子：冷卻管選取高頻對焊型冷卻管W型號，b=2mm,L=16m,如圖11選用d型雙排冷卻管，如圖22管片戎管帑戎圖1高頻對焊管

表1mm拎卻膏型專tl格r—?1亠h2X1.：2132-?XL42-214一12->X142*514WZXk，2IfiV2-；X]92.210圖2J4山6』(U)(Jt(燈屏&K',1；!肚們）起職h池『熄5oim__=__m，才?ur-」=__====__=====mwvwWW\AD2型圖3LC=L+4=20mmd=?+l=9mmT=2C+2d=38mm取b=10mm,t=4mm芯厚T、芯寬W和芯高H，見圖4圖4H取420mm,W取538mm,T為58mm散熱器正面積（迎風(fēng)面積）為：WxH=420x538=225960mm2=0.22596m2每片散熱帶的有效散熱面積（雙面）S=2x2x魚2+b2x—xT=2x2x10.2x105x58=248472mm2=0.2485m20t所需管帶數(shù)為：-^=二卷=44.8片心45片b+b2+101散熱帶總散熱面積：S=Sx45=0.2485x45=11.15m10所需冷卻管數(shù)為：3x丄=3x空=134根bxb2+101每根冷卻管表面積約為0.1596m2冷卻管總表面積約為：0.1596x88=14.0448m20.1596X134=21.38im2總散熱面積S=14.044+7.15=21.19m2S=21.38+11.15=32.53m?,滿足散熱面積要求。三膨脹箱總成設(shè)計(jì)1設(shè)計(jì)原則冷卻液在發(fā)動機(jī)冷卻回路流動，隨溫度升高體積膨脹，為吸收這部分膨脹體積而設(shè)置了膨脹箱。具有膨脹箱的冷卻系統(tǒng)根據(jù)膨脹箱有無加壓分為兩種：系統(tǒng)A：在加壓系統(tǒng)內(nèi)具有冷卻液的膨脹空間（膨脹箱），冷卻液循環(huán)到膨脹空間中，進(jìn)行氣液分離。膨脹箱應(yīng)耐熱、耐壓，位置高于散熱器并保持系統(tǒng)內(nèi)壓力適宜。系統(tǒng)B：在加壓系統(tǒng)內(nèi)具有冷卻液的膨脹空間（膨脹箱），僅在溢流至膨脹箱時(shí)進(jìn)行氣液分離。膨脹箱耐熱性、容量、位置要求低些。膨脹箱由兩個(gè)注塑件組成，通過焊接（熱焊、超聲波焊接）組成一體形式不一四．冷卻風(fēng)扇的選擇根據(jù)發(fā)動機(jī)參數(shù)與參考同類型的汽車發(fā)動機(jī)，選擇軸流式電動風(fēng)扇。它用裝在散熱器上的石蠟式溫控開關(guān)控制（控制水溫87?97°C）,自動控制風(fēng)扇電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)，保持發(fā)動機(jī)溫度正常。這種自動控制的冷卻系統(tǒng)啟動暖機(jī)快，布置較自由。風(fēng)扇的性能參數(shù)包括風(fēng)量V、壓頭AP、功率p。f冷卻空氣需要量V二3.27m3/s，考慮到風(fēng)量的漏損，風(fēng)扇的風(fēng)量要a比計(jì)算所得的風(fēng)量V大，即V二申V二1.06X3.27二3.47m3/s，a0a申一考慮到漏損的系數(shù)，通常申=1.05?1.15，取1.06。00風(fēng)扇的壓頭AP=AP+AP，其中AP一散熱器風(fēng)阻（Pa）RfRAP—除散熱器外的風(fēng)道阻力，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)AP=200—500Paf取400Pa。風(fēng)扇的功率P=址=4°°%卻=2.72kw/s，其中耳一風(fēng)扇效率，一f102011020x0.5般耳=0.3?0.6,取0.5。根據(jù)風(fēng)扇性能參數(shù)與參考同類型風(fēng)扇，本次設(shè)計(jì)，葉片材料選擇塑料—聚丙烯（PP）,斷面形狀為翼形，前彎式葉片（如圖1）,葉片安裝角（葉片與風(fēng)扇旋轉(zhuǎn)平面成的角度）一般為30。?45。，取為40