发动机散热器设计计算

发动机散热器的设计计算散热片面积是冷却水箱的基本参数，通常单位功率所需散热面积 为 0.200.28 mTKW。发动机后置的车辆冷却条件比较差，工程机械行走速度慢没 有迎风冷却，因此所配置的水箱散热面积宜选用上限。水箱所配相关管道不能太小，其中四缸机的管道内径2 37mm,六缸机的管 道内径= 42mmo水箱迎风面积要求尽可能大一点，通常情况下为0.310.37 mTKW,后置车、 工程车辆还要大一些，由于道路条件改善，长时间的高速公路上高速行驶，或者 容易超载，经常爬坡的车辆也要选得大一点。对冷却液的要求：1. 冷却作用：有效的带走一定的热量，使发动机得到冷却，防止过热。2. 防冻作用：防止冷却液结冰而导致水箱和柴油机水腔冻裂。3. 防氧化和腐蚀：冷却液可防止金属件的氧化和腐蚀。为改善发动机的工作条件，进一步提高其冷却性能，发动机后置或者重型车 都配置了膨胀水箱。膨胀水箱应高于散热水箱 50mm 左右，必须具有相当于冷 却系统总容积 6%的冷却液膨胀空间，储备水量应是冷却系统总容积的 11%，有 暖风时达到 20%，冷却液液面不能淹没加水伸长颈管，加水伸长颈管上部必须 设通气孔，通气管不宜小于 3.2mm，膨胀水箱最低液面以下水深不得低于 50mm,以防止空气进入注水管。由于受到发动机水循环系统进出口口径大小的限制，发动机进水接口外径为 34mm （散热器出水接口外径也为34mm），发动机回水接口外径为35mm （散热 器回水接口外径为 35mm）。本产品所选用的发动机额定功率为：110kw在设计或选用冷却部件时应以散入冷却系统的热量 Q 为原始数据，来计算冷却 系统的循环水量和冷却空气量：用经验式Ag p he eu36000.25 x 110 x 43100 x 0.213600=69.14kJ/s=59450kcal/h燃料热能传给冷却系的分数，取同类机型的统计量，柴油机A=0.230.30, 取 A=0.25ge -燃料消耗率，kg/kw.h；柴油机为0.210Pe -发动机有效功率，取最大功率110kw若水冷式机油散热器，要增加散热量，QW增大5%10%.在算出发动机所需的散走的热量后，可计算冷却水循环量“ Q69.14206 41L/ V = w =206.41L/mmw At r C8 x 1000 x 4.187W W WAtw -冷却水循环的容许温升(6-12。)，取8rw -水的密度， (1000kg/m3)CW -水比热(4.187kJ/kg. C )实际冷却水循环量为：V二1.2V二247.69L/minaw冷却空气需要量：V二Qw二69兰=3.27m3 /swAt r C20 x 1.01 x 1.047w w PaAta -散热器前后流动空气的温度差，取20 C-空气密度，一般取1.01kg/mCpa -空气的定压比热，可取CPa =1.047kJ/kg. C二散热器设计1. 散热器的计算所根据的原始参数是散热器散发的热量和散热器的外形尺寸。散热器散发的热量就等于发动机传给冷却液的热量。已知散热器散发的热量后，所需散热面积F可由下式计算：F 二-QwKAtmK-散热器的传热系数千卡 / 米k =1 1 aaTwLa 从冷却水到散热器壁的放热系数,当冷却水流速为 0.20.6m/s w 时，a约为20003500千卡/米2.小时.壬，取3500。 w 九一散热管导热系数，纯铝导热系数为230W/m.k，换算为 a 197.8千卡/米2.小时冗 散热管壁厚，0.0002maaL 散热管到空气的散热系数，当流过散热管的空气流速为10L20m/s时，al=60105千卡/米2.小时.兀，取105。L. 小时p -散热器贮备系数，水垢及油泥影响等，一般q =1.11.5，取1.1 At -冷却水与空气的平均温差，取26。m散热器的不同部位，其冷却水与空气温差不同，通常采用平均温差t +1 平均温差At可由下列式计算：At = %辺2ts 散热器进水温度，取90。t 散热器出水温度，取40。s1s2tk 空气进入散热器时的温度，取20。k1=102千卡/米2.小时兀散热面积：Q pF = wKAtm59450 x 1.1102 x 26二 24.66 mtk 空气离开散热器时的温度，取40。2. 散热器细节计算 在计算出散热面积后，就是散热器芯部的选择。从结构上分主要有管片式和管带式两种（如图1）。这里选用管带式散热器。根据汽车行业标准QC/T29025-1991,选择如下芯子： 冷却管选取高频对焊型冷却管W型号，b =2mm ,L=16m,如图11选用D型双排冷却管，如图22图1高频对焊管怜却管型号il格KwIi,ZX132B12-L42-214I2.5X14監514!V2X16216V2.2X192.21944 6(丽)4 (H)r Ht 10112!比们）山駅）45,心（Mh馬5h I,=R U1 三 u 門 fJ 3I=_$_=一wvwWWAD2型C=L+4=20mmd=2 +l=9mmT=2C+2d=38mm取 b=10mm,t=4mm芯厚T、芯宽W和芯高H，见图4图4H 取 420mm,W 取 538mm,T 为 58mm 散热器正面积（迎风面积）为：W x H = 420 x 538 = 225960mm 2 = 0.22596m 2每片散热带的有效散热面积（双面）S = 2 x 2 x 無2 + b2 x x T = 2 x 2 x 10.2 x 105 x58 = 248472mm2 = 0.2485 m20t所需管带数为：- =二卷=44.8片心45片b + b 2 +101散热带总散热面积： S = S x45=0.2485x45=11.15 m10所需冷却管数为：3 x丄=3 x 空 =134根b x b 2 +101每根冷却管表面积约为0.1596m 2冷却管总表面积约为：0.1596x88 = 14.0448m2 0.1596X134=21.38 im2 总散热面积S = 14.044 + 7.15 = 21.19m2 S=21.38+11.15=32.53 m?,满足散 热面积要求。三 膨胀箱总成设计1设计原则冷却液在发动机冷却回路流动，随温度升高体积膨胀，为吸收这部分 膨胀体积而设置了膨胀箱。具有膨胀箱的冷却系统根据膨胀箱有无加 压分为两种：系统A：在加压系统内具有冷却液的膨胀空间（膨胀箱），冷却液循环 到膨胀空间中，进行气液分离。膨胀箱应耐热、耐压，位置高于散热 器并保持系统内压力适宜。系统B：在加压系统内具有冷却液的膨胀空间（膨胀箱），仅在溢流至膨胀箱时进行气液分离。膨胀箱耐热性、容量、位置要求低些。 膨胀箱由两个注塑件组成，通过焊接（热焊、超声波焊接）组成一体 形式不一四冷却风扇的选择根据发动机参数与参考同类型的汽车发动机，选择轴流式电动风扇。它用装在散热器上的石蜡式温控开关控制（控制水温8797C ）,自 动控制风扇电机的运转，保持发动机温度正常。这种自动控制的冷却 系统启动暖机快，布置较自由。风扇的性能参数包括风量V、压头ap、功率p of1. 冷却空气需要量V二3.27m3 /s，考虑到风量的漏损，风扇的风量要a比计算所得的风量V大，即V二申V二1.06X 3.27二3.47m3 /s，a 0 a申一考虑到漏损的系数，通常申=1.051.15，取1.06。 002. 风扇的压头AP二AP +AP，其中AP 一散热器风阻（Pa）R f RAP 除散热器外的风道阻力，根据经验数据AP =200500Paf取 400Pa。3. 风扇的功率P二V二400x347二2.72kw/s，其中耳一风扇效率，一 f 1020n 1020 x 0.5般耳=0.30.6,取0.5。根据风扇性能参数与参考同类型风扇，本次设计，叶片材料选择塑料 聚丙烯（PP）,断面形状为翼形，前弯式叶片（如图1）,叶片安装 角（叶片与风扇旋转平面成的角度）一般为30。45。，取为40。，叶片 数量取为7片，叶片数为奇数，可有效降低风扇噪声。风扇直径取为420mm,叶片宽度为48mm,轮毂比（风扇直径与风扇轮毂 直径的比值）取0.30，叶片间隔角不等，以减轻叶片旋转时的振动和 噪声。风扇风量Q与风扇直径D、风扇转速n之间存在如下的关系。Q二Knd3,K为比例系数。b.前弯叶片 c.后弯叶片a.标准叶片