发动机冷却系统散热量确定及水箱、风扇参数确定的方法.doc

发动机冷却系统散热量确定及水箱、风扇参数确定方法 发动机冷却水散热量Φ （Kcal/h） 冷却系应散发出去的热量与发动机的形式及功率大小有关。对于我厂 6110 系列增压中冷发动机，额定点工况下冷却水散热量约占燃料总 发热量的 22～25％，对于 4D32 发动机，该值约为 25~30％。考虑到 冷却系设计的安全性，一般取上限。 水循环流量 qv ，w 冷却水的循环流量是根据冷却系应散发出去的热量Φ ，由热平衡方程 计算： ? q ? , ? ( Kcal/h) V w ? c ? ?t W P,W W 其中：Δ t w 为冷却水温差；在热平衡温度下，冷却水流经发动机的 温升应等于冷却水流经水箱的温降。该值一般为 6～12°C。 ρ w 为冷却水密度；一般取 1000Kg/m 3 Cp，w 为冷却水定压比热容，一般取 1Kcal/(Kg.°C) 冷却空气体积流量 qv,a 冷却空气的流量，即冷却风扇的供风量，也是根据冷却系应散发出去 的热量Φ ，由热平衡方程计算： ? q ? a , ? ( Kcal/h） V ? c ? ?t a P,a a 其中：Δ t a 为冷却空气进出水散热器温升；该值一般为 30°C。 ρ a 为空气密度；一般取 1.05~1.2Kg/m 3 Cp，a 为空气定压比热容，一般取 0.2393Kcal/(Kg.°C) 风扇的选型设计 风扇选型设计要有三个前提条件  ? 冷却系统所需要风量（发动机厂提供） ? 冷却风道的全气路阻力曲线（即风扇所需提供的静压头）（汽车厂 提供） ? 可供选用的风扇特性曲线（某一转速下的压力与流量的关系）（风 扇设计部门或制造厂提供） 选择风扇时，首先在风扇性能曲线上找到冷却系统所需风量下的 压力值，同时在全气路阻力曲线上找到该风量下气路阻力值。当前者 大于后者时，系统可以稳定工作。同时还需综合考虑风扇的驱动功率、 噪音水平、传动比、安装空间等因素。 冷却水箱（散热器）的选型设计 水箱选型设计注重的是水箱参数与冷却系统总体的匹配。选型设 计时，除冷却系统对散热器设计要求（设计输入）都已经确定外，还 要求有可供选用的散热器传热与阻力曲线。 对散热器选型设计要求包括以下内容： ? 要求散热器散走的热量 Φ Kw（考虑到散热器焊接质 量、使用中形成的污垢、堵塞及其它不可预见因素所造成的散热 能力下降，设计要求散热量应比要求散热量大 10～15％） ? 热侧冷却水流量 qv,w L/min ? 热侧冷却水入口温度 tw1 °C 3/m ? 冷却空气流量 qv,a m ? 冷却空气入口温度 ta1 °C ? 水侧允许的阻力损失 Δpw kPa  ? 空气侧允许的阻力损失 Δpa kPa ? 散热器允许的空间安装尺寸 供选用的散热器传热与阻力曲线应包括以下内容（水箱生产或设计部 门提供）： ? 一定水流速（或流量）下，空气流速（或质量风速）与散热量（或 传热系数）关系曲线 ? 空气流速（或质量风速）与空气压力降曲线 ? 水流速（流量）与水侧阻力关系曲线 发动机与整车冷却系匹配的一般步骤： 计算（或试验测量）发动机冷却水散热量/发动机转速特性 测量发动机冷却水流量/发动机转速特性 计算发动机冷却水温升 初步计算冷却空气体积流量 初步进行风扇选型设计（如风扇与水泵同轴还需考虑水泵参数） 根据整车布置需要初步确定水箱形式，计算或试验给定水箱传热系 数 K 计算水箱散热面积 S S ? ? (1.1 ~ 1.15) K t ? ? （Δ t 为水、空气平均温差，Δ t＝（t 进水+t 出水）/2－（t 进气＋t 出气）/2 ） 根据散热器允许的空间尺寸及散热面积确定散热器结构参数 计算（或试验）校和设计散热器散热性能、水侧阻力、气侧阻力 如均满足设计要求，选型结束  由于选型设计中设定了许多假定条件，同时对不同车型和使用地 区环境条件的差异，在初步确定水箱、风扇参数后还需进行道路试 验验证。 以 CA6DE1－24发动机为例： 冷 却 水 散 热 量 Φ ＝ 25％ *P*q*HU ＝ 0.25*176.5*220*10.2＝ 99000 （Kcal/h） 其中：P为额定功率（Kw），q为油耗率（g/Kw.h）,Hu为燃料低热值， 柴油取 10.2Kcal/g 3/h=206 l/min 冷却水循环流量 qv，w＝99000/(1000*1*8)=12.4m 冷 却 空 气 体 积 流 量 qv,a ＝ 99000/ （ 1.2*0.2393*30 ） ＝ 11492m3/h=3.192m3/s 设计要求水箱散热量：Φ 散＝（1+15％）*Φ ＝113850（Kcal/h） 要求水箱水侧阻力：冷却水流量在 200L/min 时，小于 40Kpa（试验