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1、串联式散热器热平衡计算第1页，此课件共25页哦预备知识热量的转移形式热量的转移形式：热量的转移有传导、对流、辐射三种形态。自然界大量的热量转移是以辐射的形态进行的。我们生活的地球上所使用的能源几乎都来自于遥远的太阳的光辐射。发动机冷却系统的热量转移：发动机冷却系统的热量转移：热量从发动机水套传递到散热器内部属强制对流，热量从散热器内部传递到外部属热传导，热量从散热器传递到空气也属强制对流。第2页，此课件共25页哦预备知识所谓的热平衡包含了三个方面的平衡1、水泵扬程与管路各部分水阻之和相等；2、风扇静压与各换热器风阻之和相等；3、发动机散发热量与空气吸收热量相等。第3页，此课件共25页哦预备知识
2、散热面积散热面积S：换热器与空气接触的表面积。m2 散热管计算外侧面积。散热带（片）计算两侧面积。注：散热带（片）与散热管重叠部分应剔除。散热系数散热系数U：换热器单位散热面积、单位温度差时散热能力。kw/m2 k 或 kJ/h m2 k第4页，此课件共25页哦 1.参数初选根据发动机参数及以往设计经验，寻找具有合适管带规格的散热器、中冷器、油冷器，初步选择各换热装置的正面面积、芯厚、波距等，各个换热装置的正面面积尽可能相同。附：主机厂提供原始数据（我们希望该数据越齐全越好）。根据顾客提供的冷却液流量（最大功率点和最大扭矩点）计算管内流速，从以往实验报告中调用重量风速-风阻曲线、重量风速-散热
3、系数曲线。第5页，此课件共25页哦2.没有合适的参数该怎么办？如以往实验未做过该流速的测试，可寻找散热管散热带规格相同、波距也相同的两条相近的重量风速-风阻曲线、重量风速-散热系数曲线，用插值法做一条需要的曲线。后续的很多参数都可以用插值法取得。第6页，此课件共25页哦 3.串联时换热器的布置串联的顺序一般是空气先经过中冷器，再经过机油冷却器，最后经过水散热器。如系统中有变矩器油冷却器，则将其放在散热器后面。这主要是由于发动机的进气温度要控制在环境温度以上2025左右，液压装置的工作用油温度要控制在环境温度以上40左右，发动机进水温度要控制在环境温度以上5560左右，而变矩器油的工作温度还要高
4、一些。第7页，此课件共25页哦 4.环境温度与进风温度如风扇选用吸风方式，空气直接从外界进入，则：环境温度是中冷器的进风温度、中冷器的出风温度是机油冷却器的进风温度、机油冷却器的出风温度是散热器的进风温度。如风扇选用吹风方式，空气经过发动机外表会吸收热量，温度高于环境温度。中冷器的进风温度会有所提高。如果知道发动机外表的热辐射，则可计算出进气温度的提高值。第8页，此课件共25页哦 5.空气流量及风阻散热器、中冷器、油冷器串联后置于某一流场中，当气流达到稳定时，空气流量及风阻的关系类似于电学中电流与电压的关系，即：它们的重量风速相等，且总的风阻是各个换热装置风阻叠加之和。电流：I1=I2=I3
5、空气流量：v=va=vw=vo电压：V=V1+V2+V3 风阻：P=Pa+Pw+Po第9页，此课件共25页哦 6.风扇曲线的选择如风扇由发动机驱动，根据速比计算最大功率点和最大扭矩点时的风扇转速，确定需转换的风扇体积风速-静压曲线。极端情况下，考虑发动机110%负荷时或超速10%时的风扇转速，调用体积风速-静压曲线。如风扇转速与计算值有差异时，可用相邻的两条曲线按插值法作出需要的曲线。如风扇由电机或液压马达驱动，则选用电机或液压马达达到最高转速时的体积风速-静压曲线。第10页，此课件共25页哦 7.风扇曲线的转换我们假定风扇驱动空气全部通过了换热器。风扇体积风速-静压曲线是在常温下测得，而换热
6、器设计考虑的是极端环境条件，温度上升必然导致空气密度下降。根据环境温度和换热器正面面积进行计算，将选定的风扇体积风速-静压曲线转换成重量风速-静压曲线。第11页，此课件共25页哦 8.寻找平衡点将叠加后的重量风速-风阻曲线与风扇重量风速-静压曲线复合，得到一个交点O，此时，风扇静压与风阻相等，风扇产生的重量风速与通过散热器、中冷器、油冷器的风速相等。如果系统中有防护网，则应将防护网产生的风阻也叠加进去。此时散热器、中冷器、油冷器的散热系数，就是它们所具备的散热能力。第12页，此课件共25页哦散热器、中冷器叠加后重量风速风阻曲线第13页，此课件共25页哦散热器风阻曲线与风扇静压曲线复合第14页，
7、此课件共25页哦找到交点“O”对应的散热系数Ur第15页，此课件共25页哦 9.热量的平衡发动机散发的热量被强制通过的空气完全吸收，则：Qw=Qa。根据公式Qw=Gw Cpw（Tw1-Tw2）计算出水温度Tw2。根据公式Qa=Ga Cpa（Ta2-Ta1）计算出风温度Ta2。第16页，此课件共25页哦 10.平均温差 散热器散发热量，水温会逐渐下降；经过散热器的空气吸收热量，温度会逐渐上升，因此芯部各点的气水温差都不一样。算数平均温差：Trm （Tw1+Tw2）-（Ta1+Ta2）2 对数平均温差：Trm=（Tw1-Ta2）-（Tw2-Ta1）ln（Tw1-Ta2）/（Tw2-Ta1）第17页
8、，此课件共25页哦气水（液气）温差分布图 温差（Tw1-Ta1）Tw1 （Tw1-Ta2）温差 进 水 Ta1 Ta2 进气 出气 出 水 温差（Tw2-Ta1）Tw2 （Tw2-Ta2）温差第18页，此课件共25页哦 11.气水当量计算气水当量，它们的值对液气平均温差的实际值有很大的影响。P=（Ta2-Ta1）/（Tw1-Ta1），R=（Tw1-Tw2）/（Ta2-Ta1），第19页，此课件共25页哦 12.修正系数根据P、R值查找对数平均温差的修正系数Ft。如P、R值均较小，或芯体厚度较小(50mm)，可视Ft1。修正后的气水平均温差：Tm=Ft Trm 修正系数图见下页第20页，此课件共
9、25页哦第21页，此课件共25页哦 13.散热系数计算带入散热量、进出水温、进出气温、散热面积、流量等参数，算出热平衡时的散热系数。Uw=Qw/（S*Tm）其中：S散热器管、带散热面积之和 m2 Qw散热量 kw第22页，此课件共25页哦 14.比较散热器本身具备的散热系数Ur已通过前面的做图法找出。计算所得的散热系数Uw应小于Ur 15%以上，保证散热性能有一定的储备。第23页，此课件共25页哦 15.重新计算如计算所得散热系数达不到上述要求或保险系数过大，应调整散热面积，重新计算。如调整面积达不到要求，可调整正面面积重复步骤114。如正面面积不可调整，可调整散热管、带规格再重复步骤114。第24页，此课件共25页哦 16.进入图纸设计阶段计算结果 1.30 UrUw1.15参数设计满足要求，可以进入图纸设计阶段。第25页，此课件共25页哦