冷却系统计算

冷却系统计算

一、

闭式强制冷却系统原始参数

都以散入冷却系统的热量

Q W 为原始数据，计算冷却系统的循环水量、冷却

空气量，以便设计或选用水泵、散热器、风扇

1．冷却系统散走的热量Q W

冷却系统散走的热量Q W ，受很多复杂因素的影响，很难精确计算，初估Q W ，可以用下列经验公式估算：

3600

h N g Q u

e

e

W

A

（千焦/秒） （1-1）

A ---传给冷却系统的热量占燃料热能的百分比，对汽油机A=0.23~0.30，

对柴油机A=0.18~0.25

g

e

---内燃机燃料消耗率（千克/千瓦.小时）

N

e

---内燃机功率（千瓦）

h

u

---燃料低热值（千焦/千克）

如果内燃机还有机油散热器，而且是水油散热器，则传入冷却系统中的热量，也应将传入机油中的热量计算在冷却系统中，则按上式计算的热量Q W 值应增大5~10%

一般把最大功率（额定工况）作为冷却系统的计算工况，但应该对最大扭矩工况进行验算，因为当转速降低时可能形成蒸汽泡（由于气缸体水套中压力降低）和内燃机过热的现象。

具有一般指标的内燃机，在额定工况时，柴油机g e 可取0.21~0.27千克/千瓦.小时，汽油机g e 可取0.30~0.34千克/千瓦.小时，柴油和汽油的低热值可分别取41870千焦/千克和43100千焦/千克，将此值带入公式即得

汽油机Q W =（0.85~1.10）N e 柴油机Q W =（0.50~0.78）N e

车用柴油机可取Q W=（0.60~0.75）N e，直接喷射柴油机可取较小值，增压的直接喷射式柴油机由于扫气的冷却作用，加之单位功率的冷却面积小，可取Q

=（0.50~0.60）N e，精确的Q W应通过样机的热平衡试验确定。

W

取Q W=0.60N e

考虑到机油散热器散走的热量，所以Q W在上式计算的基础上增大10% 额定功率：

∴对于420马力发动机Q W=0.6*309=185.4千焦/秒

增大10%后的Q W=203.94千焦/秒

∴对于360马力发动机Q W=0.6*266=159.6千焦/秒

增大10%后的Q W=175.56千焦/秒

∴对于310马力发动机Q W=0.6*225=135千焦/秒

增大10%后的Q W=148.5千焦/秒

最大扭矩：

∴对于420马力发动机Q W=0.6*250=150千焦/秒

增大10%后的Q W=165千焦/秒

∴对于360马力发动机Q W=0.6*245=147千焦/秒

增大10%后的Q W=161.7千焦/秒

∴对于310马力发动机Q W=0.6*180=108千焦/秒

增大10%后的Q W=118.8千焦/秒

2．冷却水的循环量

根据散入冷却系统中的热量，可以算出冷却水的循环量V W

c

t V w

w

w

W

W

γ∆=

（米3/秒） （1-2）

式中 t w ∆---冷却水在内燃机中循环时的容许温升，对现代强制循环冷却系，可取t w ∆=6~12℃

γw ---水的比重，可近似取γw =1000千克/米

3

c

w

---水的比热，可近似取c w =4.187千焦/千克.度

取t w ∆=12℃

额定功率：

∴ 对于420马力发动机V W =203.94/（12*1000*4.187）=4.06X10-3（米3/

秒）=243.54(L/min)

∴对于360马力发动机V W =175.56/（12*1000*4.187）=3.49X10-3（米3/

秒）=209.65(L/min)

∴对于310马力发动机V W =148.5/（12*1000*4.187）=2.96X10-3（米3/秒）

=177.33(L/min)

最大扭矩：（对应转速1300~1600）

∴ 对于420马力发动机V W =165/（12*1000*4.187）=3.28X10-3（米3/秒）

=197.03(L/min)

∴对于360马力发动机V W =161.7/（12*1000*4.187）=3.22X10-3（米3/秒）

=193.10(L/min)

∴∴对于310马力发动机V W =118.8/（12*1000*4.187）=2.36X10-3（米3/

秒）=141.87(L/min)

3．冷却空气需要量

冷却空气的需要量V a 一般根据散热器的散热量确定。散热器的散热量一般等于冷却系统的散热量Q W

c

t V a

a

a

W

a

γ∆=

（米3

/秒） （1-3）

式中 t a ∆---空气进入散热器以前与通过散热器以后的温度差，通常

t

a

∆=10~80℃

γa ---空气的比重，可近似取γa =1.01千克/米 3

c

a

---空气的定压比热，可近似取c a =1.047千焦/千克.度

额定功率：（取t a ∆=75℃）

∴ 对于420马力发动机V a =203.94/(60*1.01*1.047)=3.2143米3/秒 ∴ 对于360马力发动机Q W =175.56/(60*1.01*1.047)=2.7670米3/秒 ∴ 对于310马力发动机Q W =148.5/(60*1.01*1.047)= 2.3405米3/秒 最大扭矩：

∴ 对于420马力发动机Q W =165/(80*1.01*1.047)=1.9504千焦/秒 ∴ 对于360马力发动机Q W =161.7(80*1.01*1.047)=1.9114千焦/秒 ∴ 对于310马力发动机Q W =118.8/(80*1.01*1.047)=1.4043千焦/秒 二、

散热器的结构设计要点

1、散热器的质量指标：

1）、传热系数K R 是评价散热效能的重要参数，它表示当冷却水和空气之间的温差为1℃，每1秒通过1米2与空气接触散热表面所散走的热量。提高散热系数可以改善散热效能，减少尺寸和材料消耗。

传热系数受散热器芯部结构、水管中冷却水的流速、通过散热器的空气流速、管片材料以及制造质量等许多因素的影响。

2）、空气阻力△P R ，它主要取决于散热芯的结构和尺寸

散热器的传热系数K R 和空气阻力△P R ，只能通过专门的试验才能确定。 影响K R 最重要因素是通过散热芯的空气流速V a ，当V a 提高时，传热系数K R

增大，但同时使空气阻力△P R 按平方关系更急剧地增长，使风扇功率消耗很快增