散热器散热面积的计算
■洛阳福赛特汽车股份有限公司/李登龙
一洛阳石化工程公司/缨 平
让你的发动机
汽车发动机运转时,与高温
燃气相接触的零件会受到强烈的加
热,若不加以适当的冷却会使发动
机过热,导致空气散热系数下降,
机油变质和烧损,零件的摩擦和磨
损加剧,使发动机的动力性、经济
性 可靠性和耐久性全面恶化。但
是,从另一方面来说,过度冷却对
发动机也是有害的。实验表明,发
动机经常在过冷状态 (冷却水温
4O~50E)下使用时,其零件磨损
程度比正常工作温度下运转大好几
倍。因此,汽车冷却系统的主要任
...
■洛阳福赛特汽车股份有限公司/李登龙
一洛阳石化工程公司/缨 平
让你的发动机
汽车发动机运转时,与高温
燃气相接触的零件会受到强烈的加
热,若不加以适当的冷却会使发动
机过热,导致空气散热系数下降,
机油变质和烧损,零件的摩擦和磨
损加剧,使发动机的动力性、经济
性 可靠性和耐久性全面恶化。但
是,从另一方面来说,过度冷却对
发动机也是有害的。实验
明,发
动机经常在过冷状态 (冷却水温
4O~50E)下使用时,其零件磨损
程度比正常工作温度下运转大好几
倍。因此,汽车冷却系统的主要任
务就是保证发动机在最适宜的温
度 (8O~90℃)下工作。
汽车发动机冷却系统一般为
强制循环水冷系统 (见图1),即
利用水泵提高冷却液的压力,强制
冷却液在发动机循环流动。而在整
个汽车发动机冷却系统的设计中,
为了防止发动机过热或过冷,确定
散热器的散热面积是非常重要的一
环。下面以我公司生产的LT3256型
自卸车的发动机水散热器为例,介
绍一下使用平均温差法来计算散热
器散热面积的计算过程。
—- 盏』虚
w ,,船,曩砚 0
“冷静’’下来
水散热器散热面积的计算
基本参数
1.汽车参数
圈1汽车发动机强制循环水冷系统
裹 1
1.百叶窗2.散热器
3.散热器盖4凤扇
5.水泵6.节温器
7.气缸盖水套8冰温表
9.机体水套10.分水套
l1.放水阀
公告车型 LT3256型自卸汽车
外形尺寸 (长/ram×宽/nun×高/nun) 7618×249O×3250
整备质量/kg 10 980
额定载质量/lrg 13 6O5
发动机布置形式 前置
生产厂 洛阳福赛特汽车股份有限公司
2.发动机参数
表 2
发动机型号 6C260—2
型式 直列六缸、四冲程、涡轮增压中冷、直喷柴油机
缸径/nun 114
行程/mm 130
额定功率 w 192
额定转速/r.min’ 220o
柴油机使用环境温度/℃ -35~45
生产厂 上海柴油机股份有限公司
瑗代墨翻件
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3.冷却系统参数
裹 3
冷却系统形式 闭式冷却系,强制循环水冷
节温器型式 蜡式 芯俸组合型
节温器开启温度/℃ 82
节温器全开温度/℃ 95
风扇型式 十叶塑料风扇
直径/mm 600
速比 (风扇转速,柴油机转速) 1:1
散热器型式 管带式
散热片材料 铜
确定散热嚣的散热量Q
汽车冷却系统的散热量受到许多复杂因素的影响。很难精确计算,对
于车用柴油机,可按下式根据具体情况进行估算。
Q=(348.9-697.8)P.
式中 砰一 发动机功率,
对于燃烧室为预燃室和涡流室的发动机取较大值,直接喷射式的发动
机取较小值。增压的直喷柴油机由于扫气的冷却作用,加之单位功率的冷
却面积小,可取
q=-(348.9-465,2)
针对我厂生产的LT3256型自卸汽车,该车型属于重型自卸车,需长时
间在矿区、山区行驶,低速时段多,道路条件恶劣,工作环境差,负载熏
(经常处于超载状况),所以需选用较大的保险系数。故选:
0--400×260=1.04×10 =1.21×10 W
有的时候,部分发动机厂会提供厂家测定的发动机散热量,并对汽车
主机厂所匹配的散热器提出要求,如上海柴油机公司对其6C260-2柴油机所
提供的数据为:发动机额定散热量O=I).99×10Skcal/h=1.15×10 W
计算平均沮羞△fm
1.散热器进水温度f,.
闭式冷却系可取‘.=95-10012。此处选‘.-'9512(节温器全开温度)。
2.散热器出水温度
t,-f|
△ 一冷却水在散热器中的最大温降,对强制冷却系可取△f。=6~
1212。此处选At,=812,则 .=95—8=8712。
3.进入散热器的空气温度气
一 般可取
.
-
- 40~45"C,此处选 .--4212。
4.流出散热器的空气温度
-
- tk+At~
式中 △fl广 空气流过散热器时的温升。可按下式进行计算:
△f. ———————— ———————一
3600xAz×CP× ×pk
_I—c瑗代墨部件
式中 广 散热器芯部的正面
面积 (迎风面积),
由总体结构布置决
定,对于重型卡车可
z=0.3~0.5m ,
此处gaz=0.4ma
G——空气比 玉 客。查表
可得C 1瑚 J/|rgK。
经热功当量换算后得
C .24kcal/kg’℃
散热器前的空气流
速。对于车用发动机
可取Vkm 12~15m/s。
此处取 13m/s
p ——空气密度。设定在一
个大气压下 。气温
5 0℃ ,查 表 可 得
p~1.093kg/m3
即可求出:
A, 一 — :一 ℃ A,l 。 —3600x0.4x0.2—4x13x1
.
093=21℃
则 =tk 5.平均温,+A
差
t
修
~--4
正
2+
系
21
数
-
- 63 12
汽车发动机的冷却形式,属
于两种流体 (空气及冷却水)互不
混合的交叉流式换热形式。与热力
学的简单顺流与逆流的换热形式不
同,所以要以修正系数 对平均温
差结果进行计算修正。而 值的
大小取决于两个无量纲的参数P及
P.车 :
,J一,2 ,2一,2
式中,下标1 2分别表示两
种流体,此处即为冷却水和空气。
上角标 及 ” 表示出121
和进121。在本例中,则f。 相当于
t, 。f1 相当于f ,
,
= 9512 =8712 t2
笙复』虚 ——●
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相当干fk =42℃,t2 相当干fk =
63℃。
代入可得|P .39,R--0.38。
求得P、R值,按表4可查得
=o.98。
尸
,=
襄4 一次交叉流.两种流体各自都不
混合时的 值
6.平均温差△
根据传热学原理,平均温差
△ 可按下式计算:
In~ "max ●____________——
△, In
Atm =t 一tk=95-42=53"C
△ = 一tkc-87-63=24X2
可得:
-o.98 _35肌
24
7.确定传热系数
传热系数 是评价散热器换热
效能的重要参数,其主要受散热器
芯部结构,水管中冷却水的流速,
通过散热器的空气流速、管片材料
以及制造质量 (特别是焊接质量)
■I 复!.驻
w ¨ ,r ,叠5ncorn
等诸多因素的影响,因此需根据实
验数据确定,一般铜制管带式散热
器可 93~116W/(m2.K)。此处
~r=105。
8.计算散热面
散热器的散热面积,即为散热
器芯与空气接触的总表面积。按下
式进行计算
望
KxAt
将上面的计算结果代入可得
. : 兰! : 32
./1 .2 m ·~ I .
90×35.9
实际设计面积可留10%的余
度。取)~3A=32.2×1.1=35.4 m2
生产实践
在生产中,我们根据计算结果
与总体布置尺寸对散热器厂提出技
术要求:散热器散热面积A=35.4m2,
散热器结构尺寸 (高×宽×厚):
708ram×650ram×70mm。实际装
车后,经路试表明冷却系统良好。
实现销售后,我们跟踪采访某煤矿
用户,用户反映在使用过程中,发
动机运转正常,水温合适,未出现
水箱开锅 (冷却水沸腾)现象,对
冷却系统表示满意 这些情况表明
我们的计算结果是准确的,计算方
法是可靠的,值得推广。
MC文章查询簟号:W0115
MC 理代搴部件
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