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 维普资讯 http://www.cqvip.com 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 ——● un~gm~lgSO．~om 维普资讯 http://www.cqvip.com 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 l 0 0 0 0 0 维普资讯 http://www.cqvip.com