汽車發(fā)動(dòng)機(jī)散熱器散熱面積的計(jì)算

1、第20卷 第4期黃 石 高 等 專 科 學(xué) 校 學(xué) 報(bào)Vol. 20 No. 42004年8月JOURNAL OF HUANGSHI POLYTEC HNIC COLLE GE Aug 2004汽車發(fā)動(dòng)機(jī)散熱器散熱面積的計(jì)算黃新明 華文林(黃石高等?？茖W(xué)校機(jī)械與動(dòng)力工程系, 湖北黃石435003摘 要:介紹了散熱器的作用及其構(gòu)造, 闡述了散熱器散熱效果的調(diào)節(jié)方法, 推導(dǎo)出了散熱器散熱面積的計(jì)算公式。關(guān)鍵詞:散熱器; 冷卻; 散熱面積中圖分類號(hào):U270 38+4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1008-8245(2004 04-0037-03The Calculation to Heat -tra

2、nsfer Areaof Automobile Engine s RadiatorHuang Xinming Hua Wenlin(Department of Mechanic and Dynamic Engineeri ng ,Huangshi Polytechnic College,Huan gshi Hubei 435003 Abstract:This paper introduces the function and constructure of radiator, and discusses the regulating method of radiator s heat-tran

3、sfer effect, then deduces the calculation equation of radiator s heat-transfer area . Keywords:radiator; cool; heat-tranfer area熱器2、風(fēng)扇4、水泵5、節(jié)溫器6、進(jìn)水管及出水管1 散熱器的作用如圖1所示, 汽車發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻循環(huán)系統(tǒng)由散等組成。冷卻系統(tǒng)的作用是:疏散發(fā)動(dòng)機(jī)各零件的熱量, 使這些零件的溫度保持在發(fā)動(dòng)機(jī)正常工作所許可的范圍內(nèi)。因發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí), 燃料燃燒收稿日期:2004-01-28作者簡(jiǎn)介:黃新明(1963 , 男, 湖北黃石人, 工程師, 主要從事機(jī)械產(chǎn)品的

4、設(shè)計(jì)與制造工作。參考文獻(xiàn)1 羅曼諾夫斯基(蘇 冷壓手冊(cè)M 北京:中國(guó)工業(yè)出版社, 19652 李碩本 盒形件的沖壓變形分析J 電子工藝技術(shù), 1983(23 王孝培 沖壓手冊(cè)M 北京:機(jī)械工業(yè)出版社, 20004 于連仲 高方盒形件多次拉深工藝過(guò)程的確定D 全國(guó)第一次沖壓學(xué)術(shù)會(huì)議論文集, 19855 中川威雄著, 郭青山譯 板料沖壓加工M 天津:天津科學(xué)技術(shù)出版社, 1982(責(zé)任編輯:李明喜38 黃 石 高 等 專 科 學(xué) 校 學(xué) 報(bào) 2004年所產(chǎn)生的熱量一部分轉(zhuǎn)變?yōu)橛杏玫臋C(jī)械功, 輸出功率; 另一部分則使發(fā)動(dòng)機(jī)中直接與燃?xì)饨佑|的零件(如活塞、氣缸、氣缸蓋和進(jìn)排氣門(mén)等 強(qiáng)烈加熱。如這些零件

5、長(zhǎng)時(shí)間的過(guò)熱和不均勻受熱, 將使材料的機(jī)械性能下降, 破壞了機(jī)件間的正常間隙, 并使?jié)櫥透邷胤纸饣驘? 失去潤(rùn)滑能力, 引起零件加速磨損, 甚至卡死等嚴(yán)重事故。散熱器是汽車發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻循環(huán)系統(tǒng)中的一個(gè)重要部件, 其作用是將由冷卻循環(huán)水帶出的發(fā)動(dòng)機(jī)各零件的熱量散發(fā)到空氣中, 其質(zhì)量直接影響著汽車發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻循環(huán)系統(tǒng)的性能指標(biāo) 。圖2 散熱器1 主 片 2 上水室 3 加水口蓋 4 冷卻管 5 散熱帶 6 支 架 7 下水室 8 側(cè) 板 9 附側(cè)板3 散熱器散熱效果的調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)的冷卻必須適度。若冷卻強(qiáng)度不足, 將出現(xiàn)過(guò)熱現(xiàn)象, 水箱中的水溫將升至沸點(diǎn), 水蒸氣大量蒸發(fā), 發(fā)動(dòng)機(jī)的熱效率低, 油耗大

6、, 同時(shí), 發(fā)圖1 發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)式水冷系示意圖1 百葉窗 2 散熱器 3 加水口蓋 4 風(fēng) 扇 5 水 泵 6 節(jié)溫器 7 水溫表 8 水 套 9 分水管 10 放水閥動(dòng)機(jī)的零件也會(huì)因潤(rùn)滑不良而加速磨損。若冷卻強(qiáng)度過(guò)強(qiáng), 將出現(xiàn)過(guò)冷現(xiàn)象, 一方面由于熱量散失過(guò)多, 使轉(zhuǎn)變成有用功的熱量減少, 另一方面, 由于混合氣體與冷氣缸壁接觸而凝結(jié)并流到曲軸箱內(nèi), 不僅增加了燃油消耗, 且使機(jī)油變稀而影響潤(rùn)滑, 結(jié)果也將使發(fā)動(dòng)機(jī)功率下降, 磨損加劇。在氣缸蓋內(nèi)的冷卻水溫為8090! 之間時(shí), 散熱器與發(fā)動(dòng)機(jī)匹配最好。使用條件(如汽車速度、負(fù)荷和環(huán)境溫度等 對(duì)散熱器的散熱效果有很大的影響。為使散熱器與發(fā)動(dòng)機(jī)很

7、好地匹配, 可以改變通過(guò)散熱器的空氣流量和改變通過(guò)散熱器的冷卻水流量的方法來(lái)調(diào)節(jié)冷卻強(qiáng)度。通常利用百頁(yè)窗和各種自動(dòng)風(fēng)扇來(lái)實(shí)現(xiàn)改變通過(guò)散熱器的空氣流量, 而使用節(jié)溫器或者支路循環(huán)來(lái)控制通過(guò)散熱器冷卻水的流量。2 散熱器的構(gòu)造散熱器的構(gòu)造如圖2所示。其主要組成部分為上水室2、下水室7、加水口蓋3、側(cè)板8、支架6和散熱器芯。在上、下水室上分別焊有進(jìn)、出水管, 以便于與進(jìn)、出水軟管聯(lián)接, 在上水室上還焊有加水口管, 用于向散熱器中注入冷卻水, 平時(shí)管口用加水口蓋蓋住, 在下水室上通常都裝有放水閥門(mén)。側(cè)板加強(qiáng)了散熱器的強(qiáng)度, 又將用于與外部連接的支架與其它構(gòu)件連為一體。散熱器芯是散熱器的核心部件, 是散

8、熱器的主要散熱元件。散熱器芯的構(gòu)造型式有多種, 但管帶式散熱器芯以其散熱能力強(qiáng)、制造工藝簡(jiǎn)單、質(zhì)量小、成本低等優(yōu)點(diǎn)而得以廣泛地應(yīng)用。如圖2所示, 管帶式散熱器芯是由波紋狀的散熱帶5與冷卻管4相間排列著, 冷卻管的兩端分別插入上、下水室主片1的扁孔中, 外側(cè)的散熱帶被兩片附側(cè)板9所夾持經(jīng)釬焊而成 。4 散熱器散熱面積的計(jì)算設(shè)計(jì)散熱器時(shí)一般是根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)在某一常用工況下能得到可靠的冷卻而設(shè)計(jì)。散熱器的散熱面積是散熱器的一個(gè)主要技術(shù)指標(biāo), 它對(duì)散熱器的散熱效果有著至關(guān)重要的影響, 在散熱器的的, 對(duì)積都確 第4期 黃新明 華文林:汽車發(fā)動(dòng)機(jī)散熱器散熱面積的計(jì)算39求。其中:S 散熱器散熱面積, 單位:

9、m 2; k散熱面積系數(shù), 對(duì)大水箱:k=1. 1, 對(duì)小水箱:k=1. 05;a 冷卻管長(zhǎng)度, 單位:mm; b 冷卻管寬度, 單位:mm; L 主片間距, 單位:mm; m 冷卻管排數(shù); n 冷卻管層數(shù);A 散熱帶峰值, 單位:mm; B 散熱帶寬度, 單位:mm; Z 散熱帶波峰數(shù)。散熱帶寬度為標(biāo)準(zhǔn)值, 其值如下:圖3 冷卻管與散熱帶特征一排管散熱器B=16mm, 二排管散熱器B=32mm,三排管散熱器B=49mm, 四排管散熱器B=66mm,冷卻管的尺寸已標(biāo)準(zhǔn)化, 散熱帶的峰值為減少工裝設(shè)備的品種數(shù)量也做成了標(biāo)準(zhǔn)尺寸。我們選用的標(biāo)準(zhǔn):冷卻管外形尺寸a b=13mm 2. 1mm, 散熱

10、帶峰值A(chǔ) =10mm, 則散熱器的散熱面積計(jì)算公式為:S=k28. 4(L +68 m n+40B Z(n+1 /106散熱器的散熱面積由散熱帶的散熱面積(雙面 、冷卻管的散熱面積、上、下水室及其主片以及附側(cè)板的散熱面積等組成。由于附側(cè)板的材料為08F 鋼板, 其導(dǎo)熱性較散熱帶和冷卻管的材料紫銅差很多, 又由于附側(cè)板和上、下水室及其主片的面積占整個(gè)散熱器的散熱面積的比例很小, 計(jì)算又復(fù)雜, 所以在實(shí)際計(jì)算散熱器的散熱面積時(shí)只計(jì)算散熱帶和冷卻管的散熱面積, 而后給一修正系數(shù)對(duì)其值進(jìn)行修正, 以使計(jì)算數(shù)據(jù)與實(shí)際情況更相符。如圖3所示, 冷卻管橫截面的外側(cè)周長(zhǎng)為:2(a-b + b, 由于上、下主片

11、均向水室方向凹進(jìn)去34mm, 則暴露在空氣中的冷卻管長(zhǎng)度如圖2所示為:L +68mm, 所以, 單根冷卻管的散熱面積為:2(a-b + b(L+68 ; 波紋狀的散熱帶為充分利用空間, 增加散熱面積, 波紋做的很密, 則散熱帶的折角很小, 一折散熱帶的長(zhǎng)度近似于散熱帶的峰值A(chǔ) , 如圖3所示, 對(duì)波峰數(shù)為Z 寬度為B 的散熱帶, 其展開(kāi)長(zhǎng)度為:2AZ (兩折散熱帶形成一個(gè)波峰 , 散熱面積(雙面 為:4ABZ, 對(duì)m 排n 層冷卻管散熱器, 共有m n 根冷卻管, n+1條散熱帶, 散熱器的散熱面積由下式計(jì)算:S=k2(a-b + b(L +68 m n+4A B Z (n+1 /1065 結(jié)束語(yǔ)在生產(chǎn)實(shí)踐中, 根據(jù)客戶提供的散熱器散熱面積要求及安裝條件, 在確定了冷卻管排數(shù)