汽车散热器讲解

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汽车散热器——冷却液
《汽车散热器冷却液性能试验研究 》 郭 微等
结果表明: 采用不同物质作为冷却液时，气侧阻力基本没有变化，而其散 热量、液体侧阻力会出现差异。水作为冷却液时散热量最大，丙二醇溶 液次之，乙二醇溶液最小。相同液体流速以及风速的情况下液体侧压力 损失以丙二醇溶液最大，乙二醇溶液次之，而水最小。
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汽车散热器——振荡流热管
振荡流热管有两种基本结构型式: 闭合回路结构和开放回路结构。如下图所 示：
振荡流热管散热器采用外4mm, 壁厚 0.5mm的紫铜管，开放回路结 构。为避免杂质或污物放出不凝性气 体破坏管内真空度，妨碍毛细作用， 预先对管道进行清洗，除油除垢，然 后采用专用的弯管模具手工弯制，采 用真空泵对管路进行预抽低真空，再 用扩散泵抽高真空，冲入介质乙醇。
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汽车散热器——百叶窗翅片
《汽车散热器结构参数对空气流动阻力特性影响数值分析》（湖南大学袁志群等）
每条压降曲线都是随着 散热器迎面风速的增加 而增加；随着翅片间距 的减小，压降增加较大； 翅片间距越大，压降随 风速的变化就越小。
每条压降曲线都是随着散 热器迎面风速的增加而增 加；随着百叶窗角度的增 加，压降略有增加；百叶 窗角度越小，压降随风速 的变化就越小。
(1)具有良好的导热性能。 (2)具有一定的强度和较强的耐腐蚀性。 (3)良好的加工性能及钎焊性能。 (4)良好的经济性。
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汽车散热器——材料
考虑传热性能好、抗腐蚀能力强、具有足 够的强度、有良好的钎焊功能、易于加工 成型及好的经济性。目前，常用的散热器 材料主要有铜、铝和工程塑料等。初始阶 段散热器行业多选择铜以及铜的合金做为 散热器的材料。后由于铝的资源丰富，比 重是铜的1/3，利于焊接（钎焊工艺）等优 点渐渐涌入散热器行业。随着散热器行业 的发展，现今塑料也被用来制造散热器的 零部件（如增强尼龙66）。
每条压降曲线都是随着 散热器迎面风速的增加 而增加；随着百叶窗间 距的增加，压降有一定 的减小；百叶窗间距越 小，压降随风速的变22化 就越大。
汽车散热器——百叶窗翅片
结论：
空气在百叶窗汽车散热器内部流动，在低雷诺数时，空气以轴向流动 为主；高雷诺数时，以百叶窗翅片间流动为主，增加了流动效率。
筒中均匀排列的九个点进行测量，取其平均值作为最终测量结果；振荡流热
管散热器水侧的压力；温度及流量测点布置见图 5; 管带式铜质汽车散热器
的测点布置如图6所示。
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汽车散热器——振荡流热管
结果表明，同等工况下的振荡流热管汽车散热器的散热性能要好于管带式 铜质汽车散热器，且其风阻和水阻比管带式铜质汽车散热器小。
热器受振动损坏。在散热器下水室的出水管上还有放水开关，必要时可将散热 器内的冷却水放掉。
纵流式散热器
横流式散热器 1-上水室；2-进水管；3-散热器芯；4-散热器盖； 5-下水室；6-出水管
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汽车散热器——散热器芯
散热器芯部是散热器不可缺少的核心部件,起主要的散热作用。散热器 芯由许多冷却管和散热片组成，对于散热器芯应该具有足够的通流面积，让 冷却液通过，同时也应具备足够的空气通流面积，让足量的空气通过以带走 冷却液传给散热器的热量。同时还必须具有足够的散热面积，来完成冷却液、 空气和散热片之间的热量交换。采用散热片是为了增加散热器芯的散热面积。 散热器芯的构造形式有多样，常用的有管片式和管带式两种 。
热管的加热段置于水箱内，散热 段在水箱外。热管与隔板钎焊焊接， 并通过焊接金属板条对隔板的强度进 行加强，这样，热管和水箱的连接不 但密封好，耐高温，而且承压高。
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汽车散热器——振荡流热管
在振荡流热管汽车散热器中，热量通过振荡流热管的散热段与空气进行 强制对流换热散发出去。为了增强振荡流热管与空气的传热性能，采用热 管外加翅片的方式可以有效地增大换热面积，并且增加扰流，从而强化换 热效果。
3)未汽化的燃料冲刷和稀释零件表面(气缸壁、活塞、活塞环等)上的 油膜，使零件磨损加剧。
4)润滑油黏度增大，流动性差，造成润滑不良，加剧机件磨损，增大 功率消耗。
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发动机冷却系统概述——冷却系统的意义
发动机适宜工作温度：
冷却水 80 ℃ ～90 ℃ 气缸盖、活塞顶部的温度不超过573K~673K(300℃~400℃) 润滑油的温度在343K～363K(70℃～90℃)，保证发动机具 有较好的动力性、经济性和净化性，使零件的运动和磨损正 常。
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汽车散热器——散热器芯
管片式散热器芯： 冷却管的断面大多为扁圆形，它连通上、 下水室，是冷却水的通道。和圆形断面 的冷却管相比，不但散热面积大，而且 万一管内的冷却水结冰膨胀，扁管可以 借其横断面变形而避免破裂。采用散热 片不但可以增加散热面积，还可增大散 热器的刚度和强度。这种散热器芯强度 和刚度都好，耐高压，但制造工艺较复 杂，成本高。
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汽车散热器——结构
汽车散热器的结构发展
管管铜铜铝铜
片片质质质塑
式式管管汽水
平开带带车箱
片窗式式散或
结结平开热铝
构构片窗器塑
结结
水
构构
箱
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汽车散热器——百叶窗翅片
百叶窗翅片具有切断散热器上气体边界层的发展、减小边界层的厚、提 高散热器性能的作用。所以百叶窗汽车散热器近 20年来得到了快速的发 展和日益广泛的应用。
汽车散热器是水冷式发动机冷却系统的关键部件。其利用冷风（既可以 是汽车行驶时迎面流动空气造成的冷风，也可以是冷却风扇提供的冷风）来 冷却被发动机高温元件加热的发动机冷却液。保证发动机在正常温度范围内 工作。
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汽车散热器
散热器由上水室、下水室、散热器芯等组成。
来散热自器发上动水机室水顶套部的有热加水口，，自冷上却而水下由或此横注向入的整被个冷分却成系许并多用小散股热并器将盖盖住。 其在上热水量室散和给下周水围室的分空别气装有。进增水大管散和热出面水积管，，加进速水管水和的出冷水却管。分冷别却用水橡胶软管 经和气过缸散盖热的器出后水，管其和温水度泵的可进降水低管10相～连1，5℃这，样为，了既便将于散安热装器，传而出且的当热发动机和 量散热尽器快之带间走产，生在少散量热位器移时后不面会装漏有水风。扇在与散散热热器器下面配一合般工装作有。减震垫，防止散
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汽车散热器——振荡流热管
目前的汽车散热器由于本身管式换热器效率低的限制，其散热效率低，消 耗材料难以降低，散热器体积大，已不能满足是燃料机车散热要求。为 此很多业内人员将视线转向振荡流热管。
振荡流热管是最新、也最为独特的一种热管，被视为解决微小空间高热 通量散热方案中一种很有希望和前途的传热元件。振荡流热管适用性好， 形状可以任意弯曲; 管径小( 一般为 3-5mm) ，可使有限的空间具有较 大的换热面积，从而减小热管散热器的整体尺寸; 又因其无需其他附属设 备，从而降低了运行和维护成本，制造成本远低于普通热管。另外，振 荡流热管具有启动温度，只有高于启动温度时振荡流热管才会工作，当 汽车发动机温度低时，振荡流热管散热器不会启动，就可以杜绝发动机 的过渡散热，减少油耗。
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发动机冷却系统概述——冷却系统的意义
发动机过热的危害
1)降低充气效率，使发动机功率下降； 2)早燃和爆燃的倾向加大，使零件因承受额外冲击性负荷而造成
早期损坏； 3)运动件的正常间隙（热胀冷缩）被破坏，运动阻滞，磨损加剧，
甚至损坏； 4)润滑情况恶化，加剧了零件的摩擦磨损； 5)零件的机械性能降低，导致变形或损坏。
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汽车散热器——散热器芯
管带式散热器芯： 采用冷却管和散热带沿纵向间隔排列 的方式，散热带上的小孔是为了破坏 空气流在散热带上形成的附面层，使 散热能力提高。这种散热器芯散热能 力强，制造工艺简单，成本低，但结 构刚度不如管片式大，一般多为轿车 发动机采用，近年来在一些中型车辆 上也开始采用。
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当其他几何参数不变时，翅片间距对压降性能影响较大。在较小的翅 片间距下，具有较大的阻力损失。
当其他几何参数不变时，百叶窗角度和百叶窗间距对压降性能影响较 小。在较大的百叶窗角度，具有较大的阻力损失；在较小的百叶窗间 距时，具有较大的阻力损失。
影响百叶窗汽车散热器流动阻力特性的因素是相互影响、相互制约的。
汽车散热器
冷却系统的意义
发动机冷却系统概述
汽
发动机冷却形式
强制水冷式冷却系统
车
散
热
器
散热器芯 材料
汽车散热器
冷却液
结构
百叶窗翅片式汽车散热器
振荡流热管
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发动机冷却系统概述——冷却系统的意义
内燃机效率： ～30%，易产生高温废热 发动机工作时，燃料的燃烧可导致气缸内气体温度高2200K～ 2800K(1927℃～2527℃)，并且只有大约1/3做功转变为机械能，
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发动机冷却系统概述——冷却系统的意义
冷却系统的作用在于对发动机适度冷却，使发动机有正常 的适宜的工作温度。
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发动机冷却系统概述——发动机冷却形式
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风冷式 小功率、军用、干旱地区
发动机冷却
水冷式
自然水冷 强制水冷
油冷式
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发动机冷却系统概述——强制水冷式冷却系统
强制水冷式冷却系统组成
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汽车散热器
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汽车散热器——振荡流热管
《振荡流热管汽车散热器传热性能的实验研究》员冬玲等
对振荡流热管汽车散热器和管带式铜质汽车散热器进行了实验研究，得 到了两种散热器的传热和阻力特性。为便于进行对比分析，实验使用相 同时试验台，并保证梁总散热器的尺寸相同。实验台示意图如下：
空气侧压力、温度及速度的测量如图 4中 AB 截面处测点布置图所示，对风
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发动机冷却系统概述——冷却系统的意义
发动机过冷的危害
1)进入气缸的混合气(或空气)温度太低，可燃混合气品质差（雾化 差），使点火困难或燃烧迟缓，导致发动机功率下降，燃料消耗量增 加（热量流失过多，燃油凝结流进曲轴箱）。
2)燃烧生成物中的水蒸汽易凝结成水而与酸性气体形成酸类，加重了 对机体和零件的侵蚀作用；
汽车散热器——材料
散热器的工作条件恶劣,一般位于汽车前端迎风处,不仅要 经受风吹雨淋和汽车排出的废气以及沙土、泥浆的污染,而且 还要承受反复的热循环和周期性振动。另外,散热器内长期流 动着冷却液,其中可能混有腐蚀性及有害的成分,对散热器有 锈蚀及腐蚀作用。因此,为保证散热器可靠的发挥散热作用, 对散热器材料性能有如下要求:
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汽车散热器——冷却液
冷却液是发动机冷却系统中最重要的传热介质冷却 液一般由水、防冻剂和各类添加剂组成。在众多研究管 带式散热器的文献中，通常采用纯水作为冷却液。但在 汽车散热器实际使用过程中，散热器里面的冷却水不是 单纯的水，而是由水（符合饮用水质量）、防冻液（通 常为乙二醇）和各种专门用途的防腐剂组成的混合物， 也称为冷却液。这些冷却液中的防冻液含量占30%～ 50%，提高了液体的沸点，在一定工作压力之下，轿车 冷却液的允许工作温度可达摄氏120度，超过了水的沸 点且不容易蒸发防冻剂的种类众多，选择传热性能与防 冻能力突出的防冻剂是散热器设计过程中需要考虑的重 要问题。目前市场上较常用的防冻剂是乙醇、乙二、丙 二醇和丙三醇等。