发动机冷却系统设计计算报告 - V2 - 2008

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发动机冷却系统设计计算报告

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目 录

1概 述 ............................................................. 1 1.1任务来源 ........................................................ 1 1.2冷却系统基本介绍 ................................................ 1 1.3汽车冷却系统的结构简图 .......................................... 1 1.4计算的目的 ...................................................... 1 2冷却系统设计的输入条件 ............................................ 1 3冷却系统的设计计算 ................................................ 1 3.1发动机水套散热量Q水 ............................................ 1 3.2散热器最大散热量 ................................................ 2 3.3散热器设计工况和校核工况 ........................................ 2 3.4系统压力 ........................................................ 2 3.5散热器的设计计算 ................................................ 2 3.5.1芯子正面面积 .................................................. 2 3.5.2冷却水管的选择 ................................................ 3 3.5.3散热器散热面积 ................................................ 3 3.6风扇参数设计 .................................................... 4 3.6.1风扇外径的确定 ................................................ 5 3.6.2风扇风量的确定 ............................... 错误！未定义书签。 3.7计算结果 ........................................................ 7 4结论及分析 ....................................... 错误！未定义书签。 参 考 文 献 .................................... 错误！未定义书签。

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发动机冷却系统设计计算报告 1概 述 1.1任务来源

根据？项目整车开发合同，在对样车进行逆向开发的基础上，动力总成选用三阳？发动机，青山？手动变速器，其它发动机附件及各系统，参考标杆车及国内同类汽车底盘结构，进行选型和设计。 1.2冷却系统基本介绍

冷却系统由散热器、电子风扇、膨胀水壶等零部件组成。其功能是对发动机进行强制冷却，保证发动机能始终处于最适宜的温度状态下工作，以便获得较高的动力性、经济性及可靠性。本车的发动机冷却系统为闭式强制水冷系统。 1.3汽车冷却系统的结构简图

汽车冷却系统结构简图见图1

？

图1：冷却系统

1.4计算的目的

通过计算确定散热器芯部的几何尺寸及风扇的风量及外径。 2冷却系统设计的输入条件

表1 SK-L1冷却系统设计基本参数

发动机型式 排量（L） 压缩比 额定功率（kW）/（r/min） 最大扭矩（N·m）/（r/min） ？ ？ ？ ？ ？ 3冷却系统的设计计算 3.1发动机水套散热量Q水

1)发动机输出最大功率时,发动机水套散热量Q水=？ kJ/h (发动机厂家提供的数据).

2)发动机输出最大扭矩时,最大功率为？kW,发动机发动机厂家不能提供Q比,根据经验值Q比=2200kJ/(kW.h)，由于Q水1?Q比?Nmax(汽车设计手册),发动机水套

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散热量Q水1=？ 3.2散热器最大散热量

根据使用实践，散热器使用一段时间后，散热能力会有所降低。同时，通过散热器的气流，受散热器周边环境的影响，会产生气流分布不均现象，从而也会引起散热器散热能力减少。充分考虑上述因素。故散热器最大散热量Qmax应比Q水大10%～25%。

Qmax?(1.1~1.25）Q水

轻型车和轿车取下限，中型以上的车辆和工程车取上限。本车为轿车,故取下限。

Qmax?1.1?Q水

1）发动机输出最大功率时,发动机水套散热量Q水=？

Qmax=？ kJ/h

2）发动机输出最大扭矩时，发动机水套散热量Q水1=？ kJ/h

Qmax1=？ kJ/h

3.3散热器设计工况和校核工况

散热器设计工况为额定功率工况，校核工况为最大扭矩工况。 3.4系统压力

为了提高本车的使用性能，因此选择偏高的系统压力，参考该发动机在国内其它轿车上的使用情况，确定为？kPa。 3.5散热器的设计计算 3.5.1芯子正面面积

a)依据发动机排量计算散热器芯子正面面积：

F≥0.1+0.032Vn （1）

式中： Ff——芯子正面面积，m2； V1——发动机排量，L。 式中 V1=1.343 L

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求得：

Ff=0.1416 m2

b)依据发动机最大功率计算散热器芯子正面面积：

Ff=（0.0027-0.0034）×Nmax （2）

式中： Nemax——发动机最大功率；

由于目前的技术进步，使用材料，制造工艺及结构设计均有很大进展，因此，系数取最小值为0.0027。 式中 Nemax=？ kW 求得：

Ff=？ m

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从上述两次计算可知，散热器正面面积Ff只要大于？m2就可以满足要求了。为此在总布置允许的空间尺寸范围，并参考同类车型，选择的散热器参数为：芯宽？mm，芯高？mm，芯厚？mm，散热器正面面积Ff=？ mm2=？ m2大于？m2，所以我们选用的散热器正面面积是满足要求的。 3.5.2冷却水管的选择

为了降低生产成本和利用现有工艺装备，参考同类车型，冷却水管断面尺寸选用“？mm×？mm”的扁管，采用单排布置。 3.5.3散热器散热面积

依据《汽车设计手册》提供公式

S?S比?Nmax

式中： S比——散热比面积，m2/kW。 S——发动机散热器散热面积 参考国内外产品，确定S比为0.1m2/kW 根据 S=0.1×Nemax 求得：

S=0.1×？ S=？m2

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根据散热器厂家提供的一些参数，波高为？mm的散热带，散热带的波距为？mm，散热带条数？，波峰数？，带宽为？mm。散热带与主片之间留有？mm-？mm之间的间隙。由已经确定的芯高？mm .

根据实际的散热面积S?2Sf?St

式中： S—散热面积，m2

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Sf—散热带散热面积，m

St—冷却水管散热面积，m

1) 冷却水管散热面积St

St?m?H?L0?10?6

式中： m—散热水管数，m=n-1,n—散热带条数。 H—散热器芯高，mm L0—冷却水管外周长，mm

St=？m2

2) 散热带散热面积Sf

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Sf?T?L?n?10?6

式中 T－芯厚，mm；

L－散热带展开长度，mm;

n－散热带条数, Sf=？ m2

S= St+ 2Sf =？ m2

计算出来的散热器散热面积？ m2大于？ m2,选用的散热面积满足要求. 3.5.4校核

计算最大扭矩工况下需要的散热面积小于实际散热面积，则说明散热器的散热能力在最大扭矩工况下也是足够的。

校核时，验算散热面积用下列公式：

S?Qmax1K??t ， ㎡；

式中：Qmax1－最大扭矩工况时发动机水套最大散热量？ kJ/h , 按下式计算：

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K－散热系数，kJ/㎡·h· ℃。

K ＝ 350kJ/㎡h℃；。 ?t－液气平均温差。

?t＝twcp－tacp twcp－散热器冷却水平均温度

tacp－流经散热器的空气的平均温度。

当系统压力为？kPa时，twcp ≈？℃～？℃,twcp取？℃ 而 tacp?ta1?0.5?ta

其中： ta1－进风温度，对于标准型冷却系ta1 ＝40 ℃（即等于沸腾风温）

?ta的计算则按下式进行：

式中 Qmax1－最大扭矩工况时发动机水套最大散热量，kJ/h；

Ff－散热器的正面面积，㎡；

CPa－空气定压比热，CPa＝1.0048 kJ/㎡h℃；

?a?Va －质量风速， ?a?Va＝12 kg/㎡s。

?ta?Qmax13600?Ff?CPa??a?Va

≈？ ℃ 那么tacp?ta1?0.5?ta tacp=？℃

?t＝twcp－tacp

=？ ℃

那么S?Qmax1K??t

≈？ m2

从上面计算得出的最大扭矩工况需要的散热面积为？ m2。而实际的散热面积为？ m2，超过需要的散热面积，这就说明新设计的散热面积在最大扭矩工况下的散热能力也是足够的，可以满足任何工况条件下散热的需要。 3.6风扇参数设计

选用轴流式薄片型风扇，采用经验统计法来估算。 3.6.1风扇外径的确定

风扇外径与发动机的放热量、散热器的散热能力、冷却系统的系统压力等诸多

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因素有关。

按散热器芯部正面面积计算

合理范围： D2?(0.8~0.93）F散 （3） 式中 F散——散热器正面积，m2;

D2=？m–？ m

因此，选用的双风扇直径分别为？mm，不在以上计算值范围内，下面通过计算风扇风量来校核风扇选择是否符合要求。 3.6.2风扇风量的确定

1）按下式来确定所需风扇的风量V：

V?式中：

Q水?a?Cp??ta (4)

Q水—发动机水套散热量，？ kJ/h

?a—空气密度，1.2kg/m

Cp—空气比热，1.004kJ/(kg??C)

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?ta—进出散热器的空气温度差，30?C

带入数值得：

V=？ m3/h

1）迎面空气速度v=V/S=？ km/h，如果车速大于？km/h时，就可以满足需求。发动机发出最大功率时，汽车的速度远远大于？km/h，此时迎面风即可满足散热要求.

2）在车辆低速行驶时，发动机需要靠冷却风扇来提供风量。所以采用最大扭矩工况来校核冷却风扇风量是否能满足要求。当发动机输出最大扭矩时，发动机水套散热量？ kJ/h，此时，所需的风扇风量V

V?式中：

Q水?a?Cp??ta (4)

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Q水—发动机水套散热量，？ kJ/h

?3

a—空气密度，1.2kg/m

Cp—空气比热，1.004kJ/(kg??C)

?ta—进出散热器的空气温度差，30?C

求得：

V=？ m3/h

选用双风扇，风量为？ m3/h，能满足风量？ m3/h的要求。 3.7计算结果

表2 冷却系统参数 标准散热量 199782.2kJ/h(厂家提供) 散散热器正面面积 ？m2 热器 散热器散热面积 ？m2 风扇外径 ？mm（？英寸） 风双风扇风量 （风压为6mmH？m3/h（双风扇风量） 扇2O时） 风扇个数 ？个 4结论及分析

通过计算冷却系统性能参数，是能满足对发动机散热性能要求的。

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参 考 文 献

1汽车工程手册编辑委员会编.汽车工程手册.设计篇.第一版.北京：人民交通出版社，2001.6

2长春汽车研究所编.汽车设计手册.发动机.附件卷.1998.5 GB7258-2004，《机动车运行安全技术条件》 3汽车设计手册.北京：机械工业出版社，2001.6

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/znh8.html