散热器换热计算规范.docx

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1、1、2、散热器换热设计计算（理论）2. 1、发动机冷却水散热量3、4、2.2、2.3、2.4、2.5、冷却液循环量冷却空气需求量散热器正面积散热器散热面积散热器换热设计计算（实际）3. 1、3.2、3.3、3.4、3.5、3.6、3. 7、确定散热器结构冷却液侧换热系数的计算空气侧换热系数的计算百叶窗翅片风阻的计算传热系数的计算1111管翅式交叉流换热器修正系数估算温度校核现有冷却模块的性能曲线和风扇、水泵的匹配4.1、的数据、参数4.2、冷却模块和风扇的匹配4.3、液气温差的计算121314141516翅片效率的计算z 0.664M PFh、=一vRe . * *2储 Whtanh(/nr

2、a) cosh(7?7, -cr)sinh(7H, -cr) + rsin2 /?(/n.-cr)-tanh(/n3 mem；122 a he+12-a )(3. 11)(3. 12)(3. 13)式中，H二号，即翅片高(6) s2区域的计算A 2 = 2 . s2 . Lur s2R“2hslv Re：；翅片效率的计算1?52 =2%(3. 15)tanh(zne - a) cosh(/ne - a) sinh - a) +sin2 h(me - a) - tanh(/?52 -y-aj)(3. 16)式中，H书,即翅片高（7） n he的计算牝4 = 儿为4+341 +力2 A242 +4

3、4由此可求出nhc，式中，A,：为空气侧相应的总传热面积A = 2（居一 Fth + Fp- Fth） - Lj3.4、 百叶窗翅片风阻的计算气侧流动为层流，对于气侧流阻的计算，采用董军启等的经验公式。此经验公式通过与试验数据比照，平均偏差为0.2%,绝对平均偏差为3. 4%。此时 200ReLP3000 时z* c u a u n -0.3068f = 0.545 x Re,尸z* c u a u n -0.3068f = 0.545 x Re,尸/、-0.9925Fl1 pJp jli 0.5448/-0.2003VJp ,-0.06884(3. 17)(3. 18)式中由于流动效率都很高

4、，进出口流量差异很小，故第二项可忽略不计。 故2 4 cAo为气侧总换热外表积人为气流最小的流通面积(3. 19)3.5、 传热系数的计算K =18tAh1 AhhhktAc 吸 Ac式中，6 t为散热管壁厚L为散热管材料的导热系数上低温侧污垢热阻3.6、 管翅式交叉流换热器修正系数估算管翅式交叉流散热器，评价其性能必须求得对数平均温差修正系数，这 个修正系数由高温与低温流体的温度条件等参数确定。散热器散热量Q,大气（低温流体）的进口温度为几，冷却液（高温流体） 进口温度为其上限3 （一般取发动机报警温度），那么各自的出口温度：pcyc式中A Th和为高温流体和低温流体的出入口之间的温度差求得

5、 4。一臬Tci-Tco从对数平均温差的修正系数图表中查取：公司现有常规散热器均为两流体不混合错流式换热器，故修正系数中依据4、，一计算值,在（c）中选取修正系数中。心一与 九一 M两流体不混合错流式换热器两流体不混合错流式换热器Th,Th,(d)只低温流体混合错流式换热器混合流非混合流两流体都混合的错流式换热器3.7、 温度校核根据以上设计结果，在确认散热量Q、冷却液(高温流体)ThlO换热器的散热量可由下式计算Q = KAhMlmQ = KAhMlm（3. 19）式中的对数平均温差 Lm使用适用于交叉流换热器的公式In久二。Th。 TdIn久二。Th。 TdIn （刀 一乙） U-ATTJ

6、（3. 20）高温流体与低温流体的进出口温差 Th和 Tc可分别由散热量和热量流量计算。根据低温流量进口温度%,可求得高温流体进口温度Thi&一 (M + lJexp(KATh-TcyI 0 J1-exp,h/P (AT；AT；)、I Q J当发动机报警温度，即设计是合理的。4、现有冷却模块的性能曲线和风扇、水泵的匹配4.1、 的数据、参数水泵流量对应转速1900rpm1200rpm水泵流量328L/min208L/min水泵流量0.005466667m3/s0. 003466667m3/s散热器参数芯高（mm）芯宽（mm）芯厚（mm）正面积（nf）散热面积（m?）800798400. 638

7、432. 82风扇参数（或性能曲线图）1200 rpmNoAirFlowPsPowerEff-s#m3 /skPagkw%14. 9340. 0124. 011.5124. 7450. 0764. 0238.9534. 6440. 1124. 02912.9744. 4840. 1634. 03218.1554. 2190. 2473. 99726.0564. 0220. 3173. 97632.0473. 8260. 3683. 94635.7383. 6430. 4163. 938.8493. 3960. 4773. 86541.93103. 1170. 5363. 81643.81112

8、. 9370. 5743. 78444.52122. 7120. 6183. 75144.71132. 4220. 6653. 68843.66141. 7680. 5753. 62328.041900 rpmNoAirFlowPsPowerEff-s#m，/skPagkW%17. 8120. 03115.9161. 5127. 5130. 1915.9698. 9537. 3540. 28215.99212. 9747.10. 40916.00418. 1556. 680. 61915.86426. 0566. 3680. 79415.78332. 0476. 0580. 92415.663

9、35. 7385. 7691. 04215.47938. 8495. 3761. 19715.3441. 93104. 9351. 34515.14643. 81114. 6511. 43815.01944. 52124. 2941. 5514.88744. 71133. 8351. 66714.63943. 66142. 7991. 44114.3828. 04散热器风洞实验数据试验结果数据液侧试验结果流量(1/min)208. 10328.05368. 83411. 13进温()89. 3390. 5790.9192. 65出温()73. 2677. 3078. 2580. 78风速(m/

10、s)进温()出温()阻力(PaKPa)32. 3874. 8592. 07112.13气3.9830. 9576. 28266. 83187. 25238.93253. 13271. 17侧5.9933. 5468. 77387. 25200. 55252.13269. 69284. 04试8. 0130. 8368. 65457. 25219. 19279. 58304. 16316.95验9.9929. 9066. 64615. 75224. 64287. 64317.11327. 36结4.2、 冷却模块和风扇的匹配冷却模块和风扇的匹配见下列图:1.81.61.41.21韧8 1|0.6

11、0.40.20V = 00776x2 0.3219x + 0.28861.667一, 1900 rpm1.438 1200 rpmy = -0.0776xz O.51O3X 0.72190.575,409245678。.喈,282.19:散热器风 洞数据.-rCf2671 36 0.4770.4160.368.163=0.0059x0b348x 0.146冷却模块和风扇曲线的交点即为匹配点，即可求得Va-冷却空气理论需求量，扭矩点=3.8m3/s,功率点=6.7m3/s4.3、 液气温差的计算1gF计算结果及数据1900rmp1200rmp传热系数KrkJ/ (m2-s-)0. 067-0.

12、1170. 080. 08散热器散 热面积Fm232.8232. 8232. 82空气流量Vam3 /s6. 73.8空气密度y akg/m31.011.011.01空气定压比热CpkJ/ (kg-)1.0471. 0471.047冷却液流量Vwm3 /s0.0054670. 003467冷却液密度Y wkg/m31027.0195时，50%乙二 醇溶液1027.011027. 01冷却液比热CwkJ/ (kg-)3. 5795时，50%乙二 醇溶液3. 573. 57散热量QwkW12497液气温差T液气5952.7计算结论满足满足1gF4-匕 WCp + k/w-Gy2匕7aCp%ywc%

13、Qw7T温差=tw进一 ta前液气温差判定值依据各主机厂要求判定I X散热器换热计算规范pdf（此附件可翻开）1、范品本规范规定了汽车散热器换热计算方法。本规范适用于汽车散热器换热计算、选型。2、散热器换热设计计算(理论)2.1、 发动机冷却水散热量工程计算过程备注发动机冷却水 散热量0 (kj/s)Qw=AXPXQXHu/3600(+Q 油)(kj/s)Q油：水油散热器散热量，假设有，那么冷 却水散热量需加上A:额定点工况下冷却水散热量约占燃料总发热量的2230%潍柴：A=0. 25康明斯：A=0. 26玉柴：A=0. 29其他：A=0. 28P：发动机额定功率(kW)Q：油耗率(kg/kW

14、 h)0. 180. 34kg/kW h具体以发动机给定值为准Hu：低热值(kj/kg)柴油低热值41870kJ/kg汽油低热值43100kJ/kgLNG 低热值 42021kJ/kg表1：发动机冷却水散热量假设已告知发动机冷却系统数据单，那么冷却系统散热量数据单(参考图1)为准。冷却系统 Cooling system热平衡试验数据(环境温度:试验测埴值 50.4C ) Heat balance test data (Environment temperature: 50.4C)参数 Parameters单位 Units额定工况 Rated working condition大扭矩匚况 Max

15、. torque working condition1600r/min1400r/min1200r/min发动机进/出水压力 Coolant inlet/ output pressure(kPa)62.8/167.248.0/129.550.0/114350.0/106.8冷却液流量Coolant flow(m/h)21.714.913.011.0发动机进/出水温度Coolant inlet/output temperature(C)93.8/100.888.2/97.188.5/96.989.2/97.5中冷器前/后温度Intercooler inlet/output temperature

16、(C)176.3/48.4179.9/45.7169.8/42.1153.6/37.7中冷器前/后压力 Intercooler inlet/output pressure(kPa)188.8/177.7204.7/200.1193.4/189.7167.0/164.4发动机总热量Engine total heat(kJ/s)654.5560.2477.2405.6冷却液带走的热景The heat taken away by the coolant(kJ/s)159.0138.8114.395.6中冷器散热量Intercooler heat dissipating capacity(kJ/s)3

17、9.434.629.322.2排气带走的热量The heat taken away by the exhaust(kJ/s)175.4129.0107.491.4发动机外表辐射热量 Radiation heat of the engine surface(kJ/s)32.728.023.920.3注：因测量等误差原因，外表将射热量按发动机总热量的5%计算。Note: Because of lest errors and other reasons, the surface radiation heat is 5% of the engine total heat.图1：发动机冷却系统数据单2.

18、2、 冷却液循环量工程计算过程备注冷却液 需求量Vw (m3/s)V w = 1.2 x( m3/ 5)A twV CwVw:冷却液的需求量，单位m7sQ“:发动机散入冷却系统的最大散热量，单位Kj/stw：冷却水温度，单位Ctw：冷却水经过发动机的容许温升 tw=(进-出)=6-12Yw:冷却液密度 95时:1027. 01kg/m3冷却液：50%乙二醵+5096水Cw:冷却液的比热容 95c时：3. 57Kj/ (Kg )冷却液：50%乙二醇+50%水平安储藏系数：L2假设已告知的发动机冷却系统数据单上有冷却液需求量，那么Vwa2散热器正面面积，单位mva：散热器正面空气流速（m/s）载荷

19、汽车取8-10m/s, 轿车 10-15m/s2.5、 散热器散热面积表5：散热器散热面积工程计算过程备注散热器 散热面积 F （m2）F = 0- K /e A tF：散热器散热面积，单位增心传热系数,单位kj/ （m2 s ）Kr=0. 069-0. 117Kj/ (m2 s ) t：冷却液平均温度与冷却空气平均温度的差值t=tw-ta冷却水平均温度tw=tw进-tw/2tw进：散热器进水温度冷却空气平均温度ta=ta -+Ata/2 ta前：进入散热器前空气温度3、散热器换热设计计算（实际）汽车散热器实际设计中，散热器外形边界（芯高、芯宽）、发动机参数 （冷却液带走热量、冷却液流量、报警

20、温度）、风扇参数（性能曲线）均已 告知，在此基础上设计尽可能紧凑的散热器系统。3.1、 确定散热器结构由于现有常规结构汽车散热器均为管翅式交叉流散热器，故以下计算均 为管翅式交叉流散热器换热计算。3.2、 冷却液侧换热系数的计算选择散热管类型、排布，确定散热管通水截面积Ah，散热管湿周长度P,得散热管水力直径dh （m）：4=整1)散热管内冷却液平均流速Uh（m/s）：孙=会井（3. 2）hVh为冷却水体积流量（m3/s） , N为流道数量。那么以水管的水力直径为&特征长度的雷诺数Rgdh为：Re,皿=也 （3.3）判定Rehdh2300,那么散热管内流动状态为湍流。v ：运动粘度（疔/s）散

21、热管内的平均对流换热系数hh使用Dittus-Boeletr公式Nu =0.023Re08 Pro,4(3. 4)hmhdh rih(3.5)Nuhm：努塞尔数（无量纲数）Pr：普朗特数（无量纲数）k ：导热系数（W/（m K）3.3、 空气侧换热系数的计算汽车散热器空气侧一般为平行流百叶窗翅片，以下公式多为Webb提供 的关于传热系数的关联式。空气侧传热系数按以下方法计算。图3.1芯体结构图3. 3翅片横剖面结构图3.4翅片传热计算分区示意图气侧换热系数的计算考虑到各局部的差异，分为四个局部，即气侧翅片两端区域、百叶窗区域、S1区域、S2区域（见图3.4） o图中Li：百叶窗开窗长度Lp：百

22、叶窗间距Fd：芯体厚度（带宽）Fp：翅片间距（半个波距）Fth：翅片料厚（=8 ）Fh：翅片高度Tw：散热管宽度0 ：百叶窗角度（1）计算散热器最小截面风速VII c aa为最小截面与迎风面之比，V为散热器迎面风速（m/s）a=-（3 与）/（%+/）3（2）流动效率R的计算Fe = 0.95(3) 23FpRe* = 828( 26)034l 180ReL匕式中，v ；运动粘度(nr/s)。Vc指空气运动粘度，按50查取,V。=17. 95X10-6 mys判断如果 Re*Re,(3.6)否那么(3)气侧翅片两端区域的换热计算(3.7)(3.7)4儿二 4(凡，)(Fp %)FiFp FhF

23、iFp FhAr =Pe 2(Fh - Lf + FP - Fth)如果Arl结束S= 7.541(1-2.61Ar +4.97 Ar2-5.119 Ar3+2.702 Ar4-0.548 Ar5) heK式中：k：导热系数(W/(mK),空气 50时，k=2. 83X 10 2W/(m )气侧翅片两端区域的换热面积Ae：Ae = 2xFd(F/;-L/)+(FP-Flh)(4)、开窗区域的计算AL=2L,LP(Nf+2)AL=2L,LP(Nf+2)式中，N为完整的百叶窗数目式中，N为完整的百叶窗数目uL=uc Fe 一年一网Fp cosO- Fth换热系数也：%.= 0.664k1 Pv - Rejp(3.9)2he =式中，kf：翅片材料导热率式中，k ：导热系数(W/(mK),空气 50时，k=2. 83X10-2W/(m )Pr：普朗特数(无量纲数)，按50查取，Pr=O. 698v：运动粘度(m7s)。V。指空气运动粘度，按50C查取,vc=17. 95X10-6 m2/s雷诺数Re =组殳V翅片效率的计算匕一乙a =-2式中，H书,即翅片高(5) si区域的计算(5) si区域的计算A = 4sl Lju- si