1.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。
2.水循环流量q v ,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:W W P W w V t c q ∆∙∙Φ
=,,ρ( Kcal/h) 其中:Δt 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 。 ρw 为冷却水密度;一般取1000Kg/m 3
C p ,w 为冷却水定压比热容,一般取1Kcal/(Kg.°C)
3.冷却空气体积流量q v,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:a a P
a a V t c q ∆∙∙Φ
=,,ρ( Kcal/h )
其中:Δt 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
C p ,a 为空气定压比热容,一般取0.2393Kcal/(Kg.°C)
4.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。
5.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ΦKw(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q v,w L/min
●热侧冷却水入口温度t w1 °C
●冷却空气流量q v,a m3/m
●冷却空气入口温度t a1 °C
●水侧允许的阻力损失Δp w kPa
● 空气侧允许的阻力损失 Δp a 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:
1.计算(或试验测量)发动机冷却水散热量/发动机转速特性
2.测量发动机冷却水流量/发动机转速特性
3.计算发动机冷却水温升
4.初步计算冷却空气体积流量
发动机水箱5.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)
6.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
7.计算水箱散热面积S
t
K S ∆∙Φ=)15.1~1.1( (Δt 为水、空气平均温差,Δt =(t 进水+t 出水)/2-(t 进气+t 出气)/2 )
8.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
9.计算(或试验)校和设计散热器散热性能、水侧阻力、气侧阻力
10. 如均满足设计要求,选型结束
11.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*H U=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),H u为燃料低热值,柴油取10.2Kcal/g
冷却水循环流量q v,w=99000/(1000*1*8)=12.4m3/h=206 l/min
冷却空气体积流量q v,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(试验数据)
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