冷却系统的研究
1冷却系统简介
本水冷系统是为国家863项目——燃料电池汽车用变频驱动电机综合测试系统的一部分，主要用于电机、发动机等设备测试系统中，向电机、发动机以及其它发热设备提供冷却循环水。冷却系统管道中安装有温度传感器、压力传感器、流量传感器，可对冷却水的温度、压力、流量等参数进行调节控制，满足不同工况的需要。
为了尽可能减少压力和温度测量误差，本系统还设计了可移动式温度、压力传感器模块，可用于进行管道阻力测试和被测部件发热功率测试。本系统还安装了加热装置，可根据要求在常温至100℃温度范围内提供恒温水源和进行热冲击试验。
图1.1水冷系统外形图
本系统主要由加热水箱（包括电加热器）、冷水箱、膨胀水箱、水泵、热交
换器、气动控制阀、音叉式液位计、流量开关、温度、压力、流量传感器及其控制系统、压缩空气供给系统、管式过滤器、手动调节阀等组成。其工作原理见图1.2
正常冷却时开启F3或F4，水通过恒流量调节阀、经清滤器后到达水泵，经水泵BB1增压后分别流经单向阀、流量传感器Q1、气动三通阀F9、压力传感器SP2、温度传感器ST8，DC/AC（电机控制器），压力传感器SP3，温度传感器RT11，电机，温度传感器RT12，压力传感器SP4，气动三通阀F10，单向阀，流量开关，清滤器，换热器，回到冷水箱或热水箱。
由于冷水箱的高度低于换热器，而换热器的高度又低于热水箱，所以水流会在重力作用下在冷水箱和热水箱之间自动分配。
2参数指标
1)冷却水流量范围：0～0.3105kg/s
2)可提供水温：室温至100℃
3)恒温水温度控制精度：±1℃；
4)系统最大耐压：3.0bar；
5)换热面积：≥2m2
6)热水箱容积：60L
7)冷水箱容积：30L
8)膨胀箱容积：15L
9)台架外形尺寸：1500×800×1810
3系统设计计算过程
3.1水冷系统管路阻力计算
散热功率：电机为6kw ，DC/AC 为3kw ，二者串联使用，总散热功率以10kw
计算。
被散热对象降温10度计算，所需水流量按照热量平衡方程计算如下：
C
T V Q    C T Q V
=18
.41010
=0.239kg/s=0.86m 3/h 管路采用选用公称直径为20普通钢管
现以流量1.5m 3/h （0.417kg/s ）计算，管路中水流速度为1.33m/s
du
Re =
3
10
8.01000
33.102.0    =33250以范宁公式计算管路的阻力2
2
u d l h f
其中 为阻力系数，与管路相对粗糙度和流体流动状态Re 有关，由管路相对粗糙度和Re 值可查得阻力系数 约为0.04
其中l 为直管长度，由于本管路中主要阻力来自阀、弯头、以及管路零部件的局部阻力，计算管路阻力时可将局部阻力转化为当量长度直管阻力，可查经验值。各零部件的局部阻力统计如下：
序号
名称数量
当量长度
总当量长度
1球阀120．151．82单向阀27143调节阀1444恒流量调节阀
1225流量开关20．516清滤器20．517
流量传感器
1
0．5
0．5
8温度传感器30．30．9
9压力传感器30．30．9
1
压力表20．51 0
11管径突然扩大30．61．8
1
管径突然缩小40．20．8 2
1
90弯头80．54 3
1
三通616 4
1
直管长度3 5
汽车冷却系统
计42．7带入范宁公式计算得局部阻力压降为7.6mH2O。
电机、DC/AC、换热器压降直接估算。电机阻力估计为2mH2O，DC/AC为1.5mH2O，换热器为2mH2O.。
所以管路总压降约为13.1mH2O，整个管路只有一个水泵，水泵扬程选16m
左右。
3.2外循环水泵的选型
外循环水指的是散热器冷却水，由于三台散热器共用冷却水，每台流量为
1.5m3/h，故总管路水流量为4.5m3/h。故水泵选择：流量为5m3/h，扬程按经验
选择20m。
3.3换热器选型计算
该散热器为电机和DC/AC提供冷却，初级和次级均采用自来水。初级水入
口温度以80度计算，出口温度70度，水流量为0.86m3/h，次级水入口温度以20度计算，流量为1.5m3/h，则根据热量平衡可计算出次级水出口温度为25.73度。
总换热功率为：10kw