關(guān)于冷卻系的軟件計(jì)算

1、合肥底盤股份有限公司汽車研究所二室冷卻系統(tǒng)的計(jì)算校核及通過由天津大學(xué)內(nèi)燃機(jī)燃冷卻系統(tǒng)的計(jì)算校核及通過由天津大學(xué)內(nèi)燃機(jī)燃燒學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開發(fā)的軟件進(jìn)行驗(yàn)證的報(bào)告燒學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開發(fā)的軟件進(jìn)行驗(yàn)證的報(bào)告對(duì)于我公司開發(fā)的 HFC6700KAY 配由日產(chǎn)公司開發(fā)的 TB45E 發(fā)動(dòng)機(jī)，我公司采用了理論與實(shí)際相結(jié)合的方法進(jìn)行理論優(yōu)化設(shè)計(jì)。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí),最高溫度可達(dá) 18002000O C,與高溫燃?xì)庀噙B的零件受到強(qiáng)烈的加熱，如不加以適當(dāng)?shù)睦鋮s，機(jī)內(nèi)溫度太高會(huì)導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)充氣系數(shù)下降，燃燒不正常，如爆燃、早燃等不良現(xiàn)象；機(jī)油變質(zhì)和燃燒，零件的摩擦和磨損加?。粡亩鸢l(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性、可靠性和耐久

2、性全面惡化。然而冷卻能力過強(qiáng)同樣會(huì)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)到來不良的后果：實(shí)踐表明，當(dāng)冷卻水溫在4050 O C 下工作時(shí)，其零件磨損比在 8090 O C 下工作時(shí)大好幾倍，從提高發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)效率的觀點(diǎn)出發(fā)，希望通過冷卻系帶走的熱量盡可能少些，但這會(huì)導(dǎo)致汽缸、活塞、氣門的壽命下降，缸蓋發(fā)生熱疲勞裂紋，潤(rùn)滑油變質(zhì)等。因此，冷卻系的設(shè)計(jì)最主要的功能是保證發(fā)動(dòng)機(jī)在最適宜的溫度狀態(tài)下工作。所謂最適宜的溫度主要是指各零件保持正常的溫度，理論及實(shí)踐表明各零件的正常的工作溫度如下：汽缸壁 110180 O C汽缸壁內(nèi)壁（燃燒室部分） 110180 O C進(jìn)氣門頂 300400 O C排氣門頂 600800 O C活塞頂（鑄

3、鐵） 400500 O C活塞頂（鋁活塞） 250400 O C而要使各零部件保持在上述范圍，就需控制冷卻水溫，使其保持在一定的范圍內(nèi)，不致過高或過低。一般內(nèi)燃機(jī)的冷卻水溫保持在 75100 O C。當(dāng)然，對(duì)各種具體發(fā)動(dòng)機(jī)，發(fā)動(dòng)機(jī)廠家根據(jù)其實(shí)驗(yàn)依據(jù)有其不同的要求范圍，根據(jù)日產(chǎn)公司提供的要求，其冷卻水溫度應(yīng)保持在 75115 O C 之間。合肥底盤股份有限公司汽車研究所二室發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)：發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)：ENGINE:NISSAN TB45EEngine Description ModelGasoline,4-cycle, 6 cylinders TypeIn-line,water-cooled,ele

4、ctric injection,OHVBoreXStroke99.5x96.0mmDisplacement4.478()Dimension(L x W x L)925x710 x850mmWeight291kg(Approx.)Max.speed(rpm)5400Idle Revolution(rpm)650(FICD ON:90050)Engine Oil5w-30(SJ Grade)Oil capacity Hight/Low()7.5/6.5B PerformanceMax.Output(JIS NET)132.3KJ/4400rpmMax.Torque(JIS NET)333.2N.M

5、Fuel consumption292g/ps.h(215g/kw.h)Compression Ratio8.5汽車基本參數(shù)汽車基本參數(shù)底盤型號(hào)6700KAY常用車速110km/h主傳動(dòng)比6.142車輪直徑724風(fēng)扇傳動(dòng)比1.2424風(fēng)扇1308010Z23散熱器1301010Z23散熱器（散熱器（1301010Z23）參數(shù)）參數(shù)結(jié)構(gòu)形式芯子結(jié)構(gòu)尺寸寬 X 高 X厚冷卻管尺 寸冷卻管數(shù) 量波距散熱片（帶）數(shù)（片）散 熱面 積管帶568X648X492.0X131683.085725.0風(fēng)扇（風(fēng)扇（1308010S6）參數(shù)）參數(shù)結(jié)構(gòu)形式：SHAKE-HEAD葉片外徑：500葉片內(nèi)徑：160 合肥

6、底盤股份有限公司汽車研究所二室汽車散熱器應(yīng)保證汽車在變化的行駛條件對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的冷卻作用，也就是能控制發(fā)動(dòng)機(jī)的溫度。因此，在設(shè)計(jì)散熱器時(shí)應(yīng)該把散熱器作為整個(gè)系統(tǒng)來考慮，大體包括通風(fēng)系與水循環(huán)系。主要設(shè)計(jì)步驟：1.估算空氣通道的阻力，并按所需的空氣流量及空氣道和散熱器總阻力，選擇風(fēng)扇。2.散熱器的計(jì)算3.冷卻系的水阻力，并按所需的水流量及水流道阻力，選擇水泵。一）散熱器的設(shè)計(jì)1 冷卻系散走的熱量Qw =AgeNeh/3600（KJ/S）A發(fā)動(dòng)機(jī)散走熱量占燃料熱能的百分比，對(duì)于汽油機(jī) A=0.20.23Ne發(fā)動(dòng)機(jī)功率（KW）h燃料的低熱值（kg）標(biāo)定工況下A=0.2 kg/kw.h Ne=132kwH

7、u=43100kJ/kgQw=0.2x0.3x132x43100/3600=94.82KJ/S見圖(一)所示，在標(biāo)定工況下發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為 4400（rpm）時(shí)，散熱量為1400kal/min,換算為 4.2x1400/60=98 kJ/kg，可見理論計(jì)算值與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)是比較接近的。在以后的計(jì)算的過程中按 98 kJ/s 計(jì)算。2 冷卻水的循環(huán)量根據(jù)熱平衡原理，可計(jì)算出冷卻水的循環(huán)量： Vw=Qw/tw .w.cwtw冷卻水在發(fā)動(dòng)機(jī)中循環(huán)時(shí)的允許溫升，為了保證發(fā)動(dòng)機(jī)的性能，對(duì)于現(xiàn)代強(qiáng)制循環(huán)冷卻系，tw 取 6o c w 水的比重（1000kg/m3 ）cw 水的比熱（取 4.187kg/kg. o

8、c） 合肥底盤股份有限公司汽車研究所二室 圖 1Vw=98x1000 x60/6x1000 x4.187=234(L/min),根據(jù)日方提供的冷卻水循量測(cè)定結(jié)果報(bào)告（見表 1） ，在標(biāo)定工況下冷卻水循環(huán)量為 269.5L/min,是滿足要求的。轉(zhuǎn)速RAD 流量O/C 流量TH/C 流量全流量8004340.45.54.32.12.10750.653.8120064.660.48.46.62.62.5010.875.680.3160084.779.711.48.83.22.9014.899.3106.22000104101.514.5113.73.5018.7122.2134.724001231

9、19.417.513.34.34023144.8159.72800146.7140.220.315.44.74.2026.6171.7186.43200167.7159.722.517.54.94.4030.1194.9211.73600186175.624.519.15.14.7033.2215.6232.54000203.4191.226.420.75.24.7035.9235252.54400216204.727.9225.24.7038.1249.1269.54800225.6214.72923.45.24.7040.2259.8282.5表 1 3.冷卻空氣需要量 冷卻空氣的需要量根

10、據(jù)散熱器熱量和中冷器的熱量來確定，根據(jù)能量守律，合肥底盤股份有限公司汽車研究所二室按下式計(jì)算： Va=Qw+Qa/ta .a.cp ta 空氣進(jìn)氣冷卻系統(tǒng)以前與通過冷卻系的溫度差，通常取 1030 o ca 空氣的重度，一般取 1.01kg/m3cp 空氣定比熱，取 1.047KJ/kg.oC Va=98/20 x1.01x1.047=4.63m3/s4.散熱器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn) 散熱器結(jié)構(gòu)基本確定為管帶式結(jié)構(gòu)，由上下貯水箱、散熱器芯部組成。冷卻管尺寸采用 2.0X13(mm)，這與國(guó)際散熱器冷卻水管尺寸規(guī)格一致，管子的排列方式為順排，為綜合考慮傳熱系數(shù)和散熱能力的關(guān)系，采用三排水管布置的形式，散

11、熱片上宜采用百葉窗的翅片結(jié)構(gòu)，翅片上的尺寸：波峰、波距、波峰數(shù)、通道數(shù)以及百葉窗的開口尺寸 a 與 b（如圖 2）是影響散熱系數(shù)的重要尺寸，為提高 KR，應(yīng)該以這些參量作為變量，確定約束函數(shù)，建立目標(biāo)函數(shù)和數(shù)學(xué)模型，以確定優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。 散熱器的正面積 FR=Va/vava散熱器正前面的空氣流速（m/s） 。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式，對(duì)小客車取12m/s。 FR=4.63/12=0.385m2散熱器的高度和寬度散熱器的總體高度由整車總布置來確定，考慮其離地高度及發(fā)動(dòng)機(jī)出水口的位置，初步確定其高度尺寸為 648。其寬度尺寸為 b=FR/h=0.385/0.648=0.594m計(jì)算散熱器的水管數(shù)根據(jù)冷卻水的循

12、環(huán)量來確定散熱器的水管數(shù)合肥底盤股份有限公司汽車研究所二室i=Vw/WfoW水在散熱器內(nèi)的流速，一般在 0.60.8m/sf0 沒根水管的橫斷面積，米2f0=ax(b-a)+r2=2x11+3.14x1=25.14x10-6m2i=222(根)確定散熱系數(shù) KR傳熱系數(shù)的確定，我們通過實(shí)驗(yàn)（見表 2） ，取 0.14KJ/m2.s.oc計(jì)算散熱器的散熱表面積F=QW/KRtt冷卻水和冷卻空氣的平均溫差，tw-tatw 冷卻水平均溫度，tw=tw1-tw/2 ta 冷卻空氣平均溫度，tw=ta1+ta/2 tw1散熱器進(jìn)水溫度，取 90-95OC, ta1冷卻空氣的進(jìn)口溫度，取 40oCtw冷卻

13、空氣的進(jìn)口溫度差，一般取 6-12 oC ta散熱器冷卻空氣的進(jìn)出口溫差，取 10-30 oC F=QW/KRt=98/0.14x28=25m2 考慮散熱器經(jīng)過一段時(shí)間后，散熱片將蒙上塵土?xí)r，散熱器性能將有降低，實(shí)際選用的散熱面積要大一些，通常加一個(gè)儲(chǔ)備系數(shù)，一般取 1.151.2 Fo=1.12x25=28 m2根據(jù)經(jīng)念公式，對(duì)小客車而言，比散熱面積為：Fo/NE=0.1360.204m2/kwm2=132x0.1360.204m2/kw=17.95226.928 m2由上可見，散熱面積取 25 m2是比較合理的計(jì)算散熱器的芯部厚度lw= Fo/FR 散熱器容積緊湊系數(shù)，一般取 500100

14、0 lw= Fo/FR=25/0.385x5001000=5265mm二）水泵的計(jì)算 水泵的計(jì)算主要根據(jù)泵水量及壓力來選擇，而泵水量主要根據(jù)冷卻水的循合肥底盤股份有限公司汽車研究所二室環(huán)量來確定，在這里我們只對(duì)日產(chǎn)公司的水泵流量進(jìn)行檢核。冷卻水的流量按下面的公式計(jì)算： Vv=Vw/vv水泵的容積效率，一般取 0.60.85Vv=234/0.85=275L/min見表 1，水泵的流量是能滿足要求三）風(fēng)扇的設(shè)計(jì) 風(fēng)扇的選擇主要根據(jù)扇風(fēng)量和風(fēng)壓來確定，而風(fēng)扇的扇風(fēng)量根據(jù)冷卻空氣量來確定。扇風(fēng)量應(yīng)等于冷卻空氣量，通過上面計(jì)算應(yīng)為 4.63m3/s 。風(fēng)扇壓力主要指冷卻空氣通過散熱器，克服空氣道的阻力：

15、 p=pR+p1pR散熱器的阻力，重量風(fēng)速為 1020kg/m2s 管片阻力 100500Pap1除散熱器的阻力外，其他所有空氣通道的阻力，約等于（0.41.1）pRp=1401050Pa見表 2，由風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)結(jié)果可取 p 值為 650Pa確定風(fēng)扇外徑D2=（0.790.93）FR1/2=0.490.577m(其中 FR為散熱器的正面積，見上),日產(chǎn)公司選用為 500mm（我公司的圖號(hào) 1302080S6）,是滿足要求的。計(jì)算風(fēng)扇的內(nèi)徑 D1實(shí)踐表明，D1/D2 一般在 0.280.36 范圍之內(nèi)，日產(chǎn)公司選用的內(nèi)徑為180mm，D1/D2 為 0.36,是滿足要求的。 綜上所述，該套冷卻系裝置

16、的設(shè)計(jì)基本是合理的，風(fēng)扇、水泵的設(shè)計(jì)都是非常合理的，水箱的設(shè)計(jì)基本是合理的，散熱面積也滿足要求，但其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不盡合理，我覺得可以做如下改正： 結(jié)構(gòu)形式芯子結(jié)構(gòu)尺寸寬 X 高X 厚冷卻管尺 寸冷卻管數(shù) 量波距散熱片（帶）數(shù)（片）散 熱面 積合肥底盤股份有限公司汽車研究所二室管帶600X648X552.0X132223.08待定25.0 下面我們通過天大的軟件來進(jìn)行驗(yàn)證：1.參數(shù)輸入 包括汽車基本參數(shù)的輸入、發(fā)動(dòng)機(jī)的基本參數(shù)的輸入和冷卻系參數(shù)的輸入。1.1 汽車基本參數(shù)的輸入如圖 2圖 2發(fā)動(dòng)機(jī)的常用轉(zhuǎn)速為程序自動(dòng)計(jì)算生成，他根據(jù)汽車常用車速，變速箱速比主傳動(dòng)比和車輪直徑計(jì)算的汽車常用車速時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)

17、的轉(zhuǎn)速，以此作為確定進(jìn)氣管長(zhǎng)度的依據(jù)，提高常用車速工況下發(fā)動(dòng)機(jī)的充氣系數(shù)。所有的數(shù)據(jù)一旦輸入數(shù)據(jù)庫(kù)，就可以進(jìn)行編輯管理，生成數(shù)據(jù)文件。1.2 發(fā)動(dòng)機(jī)基本參數(shù)輸入合肥底盤股份有限公司汽車研究所二室見下圖 3，其中標(biāo)定工況和最大扭距工況性能參數(shù)是冷卻系設(shè)計(jì)計(jì)算的工況。圖 31.3 冷卻系參數(shù)的輸入該模塊是本軟件系統(tǒng)的核心，他提供了一種全新的汽車?yán)鋮s系統(tǒng)參數(shù)化數(shù)據(jù)管理功能，也是冷卻系優(yōu)化設(shè)計(jì)及校核的一種重要手段。該模塊通過廠家將使用的風(fēng)扇、散熱器和中冷器的性能曲線輸入到該系統(tǒng)中，可以作為原始數(shù)據(jù)直接調(diào)用；性能曲線輸入后，可以通過插值的方法獲得所需的數(shù)據(jù)，計(jì)算的精度有賴于提供曲線數(shù)量以及所取的點(diǎn)數(shù)。該

18、系統(tǒng)通過大量的積累可以發(fā)展成為一個(gè)自我優(yōu)化的模型。風(fēng)扇和散熱器實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)格式橫坐標(biāo)單位不同，即風(fēng)扇表示善風(fēng)量（m3/mi）合肥底盤股份有限公司汽車研究所二室而散熱器橫坐標(biāo)單位是質(zhì)量風(fēng)速（kg/m2s）,優(yōu)化設(shè)計(jì)中程序?qū)⒆詣?dòng)換算成統(tǒng)一的單位（m3/min） 。 圖 4合肥底盤股份有限公司汽車研究所二室圖 5 圖 6合肥底盤股份有限公司汽車研究所二室圖 7合肥底盤股份有限公司汽車研究所二室 圖 8 合肥底盤股份有限公司汽車研究所二室 圖 10果結(jié)果分析1、風(fēng)扇與散熱器的靜壓力：靜壓力越大，空氣流量越大，風(fēng)扇與散熱器靜壓力差與散熱器靜壓力之比應(yīng)為 0.41.1,由上可知，標(biāo)定工況下為 1.837,最大

19、扭矩為 1.0 滿足要求。說明空氣流量能大于散熱器冷卻需要。2、散熱器進(jìn)水溫度（發(fā)動(dòng)機(jī)出水溫度）標(biāo)定工況下為 40.40C，最大扭矩為47.70C，偏低。理想溫度在 7090 O C 之間。3、風(fēng)扇葉頂速度為 143.1m/s,國(guó)內(nèi)推薦資料不得大于 110120m/s，噪聲偏大。冷卻后空氣溫度，國(guó)內(nèi)推薦為 10300C，該計(jì)算結(jié)果為：標(biāo)定工況為 200C；最大扭矩為 37.110C，說明風(fēng)扇風(fēng)量偏大。 綜上所述，該冷卻系風(fēng)扇速度偏大，噪聲偏大；散熱器冷卻能力能滿足要求。合肥底盤股份有限公司汽車研究所二室HFC6782 車型發(fā)動(dòng)機(jī)車型發(fā)動(dòng)機(jī) CY4102BZQ 冷卻系冷卻系“天大軟件應(yīng)用天大軟件

20、應(yīng)用”、發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)的輸入圖 11、汽車基本參數(shù)的輸入（圖 12）、冷卻系參數(shù)的輸入（圖 13）合肥底盤股份有限公司汽車研究所二室 圖 12 圖 13合肥底盤股份有限公司汽車研究所二室以上散熱器的參數(shù)通過散熱器廠家風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)提供，通過散熱器的水流量分別為 205L/min，100L/ min，在不同的質(zhì)量風(fēng)速情況下的散熱量和靜壓力。其各坐標(biāo)為風(fēng)動(dòng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果。、風(fēng)扇輸入 圖 14風(fēng)扇的功率曲線和效率曲線都是壓力曲線自動(dòng)生成，并成一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，這樣主要是為了方便求出不同曲線所對(duì)應(yīng)的特征值。、散熱器參數(shù)的估算主要估算散熱器的型號(hào)、散熱器的寬和高（迎風(fēng)面積）以及發(fā)動(dòng)機(jī)提供冷卻水進(jìn)水和出水的溫度差。輸入發(fā)動(dòng)機(jī)

21、散熱系數(shù)對(duì)自然吸氣的柴油機(jī)而言取 0.2；確定冷卻空氣進(jìn)出合肥底盤股份有限公司汽車研究所二室溫度差為 20；確定散熱器為管帶式；根據(jù)整車布置的需要，初步確定散熱器的高度為 595mm。 圖 15 圖 16合肥底盤股份有限公司汽車研究所二室 、結(jié)果分析4、風(fēng)扇與散熱器的靜壓力：靜壓力越大，空氣流量越大，風(fēng)扇與散熱器靜壓力差與散熱器靜壓力之比應(yīng)為 0.41.1,由上可知，標(biāo)定工況下為 1.07,最大扭矩為 0.6 滿足要求。說明空氣流量能滿足散熱器冷卻需要。5、散熱器進(jìn)水溫度（發(fā)動(dòng)機(jī)出水溫度）標(biāo)定工況下為 580C，最大扭矩為56.80C，稍偏低。理想溫度在 7090 O C 之間。6、風(fēng)扇葉頂速

22、度為 91.1m/s,國(guó)內(nèi)推薦資料不得大于 110120m/s，滿足要求。冷卻后空氣溫度，國(guó)內(nèi)推薦為 10300C，該計(jì)算結(jié)果為：標(biāo)定工況為130C；最大扭矩為 14.10C，說明風(fēng)扇風(fēng)量滿足要求。合肥底盤股份有限公司汽車研究所二室江淮汽車?yán)鋮s系計(jì)算軟件應(yīng)用HFC6700、HFC6782 四種車型冷卻系的校核設(shè) 計(jì)審 核合肥底盤股份有限公司汽車研究所二室HFC6782 車型發(fā)動(dòng)機(jī)擦車型發(fā)動(dòng)機(jī)擦 CA4113 冷卻系冷卻系“天大軟件應(yīng)用天大軟件應(yīng)用”1、發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)的輸入圖 17、汽車基本參數(shù)的輸入（圖 17）2、 冷卻系參數(shù)的輸入（圖 18）合肥底盤股份有限公司汽車研究所二室 圖 18散熱器的性

23、能曲線如圖 13。風(fēng)扇性能曲線如圖 14。線所對(duì)應(yīng)的特征值。、冷卻系系統(tǒng)輸入及優(yōu)化設(shè)計(jì)（見圖 19）系統(tǒng)優(yōu)化配置根據(jù)冷卻系零部件庫(kù)中散熱器和風(fēng)扇的性能曲線，對(duì)汽車新冷卻系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化配置。評(píng)定散熱器系統(tǒng)能否滿足要求主要是發(fā)動(dòng)機(jī)出口冷卻水溫度以及冷卻空氣通過散熱系統(tǒng)的溫度差，發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水溫必須低于沸點(diǎn)溫度，冷卻空氣溫度必須低于設(shè)定值。在如圖 19 中的交點(diǎn)為在標(biāo)定工況下理論設(shè)計(jì)點(diǎn)，即在無任何損失的情況下，風(fēng)扇和散熱器的理論匹配點(diǎn)，實(shí)際上由于系統(tǒng)阻力，設(shè)計(jì)值要低于該值，即實(shí)際風(fēng)量要低于理論風(fēng)量，這就是進(jìn)風(fēng)系數(shù)，根據(jù)試驗(yàn)表明一般系統(tǒng)效率為60%70%。同樣，對(duì)最大扭矩工況，也存在同樣一個(gè)理論匹配點(diǎn)。 （見圖 20）合肥底盤