车辆冷却系统设计计算

第三节 理论综合计算法
二、环境温度修正值： 当环境温度超过38℃时，每增加5.5 ℃，则 其散热量就须增加1%。 当进气温度超过38℃时，每增加5.5 ℃，则 其散热量就须增加1.5%。 此时发动机的散热量就是：
Qe=额定热负荷X｛1+（T环境-38) ÷5.5 X1%+（T进气-38) ÷ 5.5X1.5%｝
•
第四章 风扇
第一节 流经散热器芯部气体的流量 Qf=Q/(3600 x Cρ x ρa x △Ta x η）Ｍ*3／s 式中： Q=Qe+QCAC+QJ 空气所要带走的热量之和(包 括水散热器、油散热器、中冷器等)Kcal/h Cρ----空气定压比热 0.2403 Kcal/Kg. ℃ ρa----空气的密度 1.28Kg/M*3 △Ta—空气通过芯体的温升 （℃） η------风扇的容积效率。 导风罩与风扇之间的距离为5~20mm
第四节 中冷器散热量
• 在增压发动机上已经普遍采用增压中冷装
置，以提高发动机的动力性和经济性，降 低其污染排放。 QCAC=Cp x V x（Tin-Tout） J/min 式中： Cp----空气热容量Cp=1.0048KJ/Kg. ℃ =1.286J/M*3. ℃ V-----空气流量 M*3/min Tin-------中冷器进口温度。 ℃
Twn一般取80~85 ℃，Ta1一般温带取30
第三章 水散热器
式中的KR是散热器的散热系数，该值得取值 可以进行理论计算方法取得，但是该值得 理论计算值与实际值得误差在40%~60%之 间，偏差十分大，该值得理论计算值不适 应于实际应用。 一般KR值都是由实际样件试验得出的值，不 同芯体结构（包括散热管规格、散热带(片) 规格结构、芯体材质、波峰(片)距、芯体厚 度、散热管排布等），其KR值也不相同。即 使同一芯体在不同的水流速度、风速状态
第四章 风扇
第二节 风压 风压△Pf用来克服散热器、护罩、百叶窗、导 风罩处的阻力，每种结构的散热器的芯体 的风阻可以通过风洞试验来测得。但是对 于散热系统的基本要求风压大致在一定范 围内，保证风扇的风能够顺利地通过散热 器芯体，把热量带走，而且又不至于风扇 的功耗浪费，一边风扇的风压保证以下值， 是一个比较合适的范围： △Pf=30~50mm水柱（0.294~0.49KPa) 对于比较厚的芯体或者几个散热器串联的
第三节 理论综合计算法
热负荷计算 散热器的热负荷包括环境温度和进气温度修 正了的发动机向冷却系统释放的热量再加上 发动机冷却液作介质任何冷却器的热负荷。 A、发动机的散热量一般在额定转速和最大扭 矩时，规定的散热量。 如果没有持续的热量，则针对最大功率时的 散热量。 ●在一些设备中，发动机的输出功率受到制约
分开式燃烧室 22~27
高速大功率柴油机
低速大功率船用柴油机
12~2O 200~300
第三节 理论综合计算法
• 为了使风扇和散热器组发挥预期作用，必
须对冷却能力进行综合计算。 a、确定必须由散热器散掉的总热量。 b、利用风扇和散热器的性能曲线，确定散 热器理论空气流量。 c、根据冷却系统的效率修正空气流量。 d、确定散热器散掉所有热量的气-水温差。 e、计算通过散热器的水温降。 f、确定设计环境的温度。
第二节 经验理论计算法
• 内燃机在标定功率下，通过冷却水带走的热量，是计算设
计散热器的依据，可以通过以下方法计算： Qw=Kw*Ge*Hu*Neb/1000=qw*Neb (Kcal/h) 式中： Kw----冷却水带走热量占内燃机燃料总热值的百分数 （%） Ge----发动机的有效燃料消耗功率（g/(Ps.h)) Hu----燃料的低热值，汽油和柴油一般取 （10Kcal/g） Neb----发动机标定功率 （Ps)
第二章 水泵
• 水泵的流量是根据散热器所带走热量的值
来确定的，并且水泵所带走热量的理论计 算值应高于散热量的实际热量值。 • QW=GW * 60 * △TW * CW/K1 • GW=QW * K1/（ 60 * △TW * CW/K1（Kg/min） • 式中： QW----通过散热器所散发的热量（Kcal/h） △TW---通过散热器的进出水温差（℃）
第二章 水泵
• △TW的取值：
封闭循环系统△TW =5~10℃ 强化内燃机取△TW =5~8℃ 一般以经验估算为：内燃机水泵的单位马力 流量经验值为0.5~2.0Kg/(min.Ps)。上限适 应于高速强化内燃机，增压内燃机传热效 率较高，可以取中限。
第三章 水散热器
第一节 水散热器芯体散热面积 散热器的散热能力主要是通过芯体的散热 能力确定的，其他部分的散热可以忽略不 计。 QR=§Ｒ＊ＫR * FR* (Twn-Ta1) Kcal/h 式中： Twn-Ta1是散热器中的水与空气进口温度差 （℃）
第四章 风扇
• 以散热器和冷却器散发热量的闭式循环冷却系统
中，借助风扇强制通风进行散热，一般要求空气 流经散热器芯体时，压力损失小，风量大的轴流 式风扇。 为了保证强制通风风扇的空气流，通过芯体时的 压力损失小，要求在条件允许的情况下，尽量降 低散热器的风阻，即降低散热器的芯体厚度和增 大芯体气流的通透面积。
车辆冷却系统设计计算
●发动机散热量确定 ●水泵 ●水散热器 ●风扇
第一章
发动机散热量的确定
• 冷却系统是发动机组成的一个重要部分，其性能直接影响
•
发动机的动力性、经济性和可靠性。 一般要求发动机的循环冷却水经过散热器冷却后，温度达 到80℃~85℃之间；小功率的柴油机75℃~85℃之间；大 功率的柴油机在85℃~90℃之间；汽油发动机在 85℃~95℃之间。 进入发动机冷却水的温度不能低于40℃，否则，燃料在燃 烧过程中产生一系列的化学反应，产生有腐蚀性的气体， 对发动机的缸体引起气蚀，并且使发动机产生动力不足。 冷却系统所要求的散热参数一般在发动机参数表上已经明 确要求出：散热量、进水温度、出水温度、水流量、风扇 参数等一系列的参数。
第三节 理论综合计算法
四、液压油系统冷却器的热负荷： 通常认为液压系统的效率为75%，有的高 效液压系统是发动机有效输出功率的 10%~15%转化为热量输出的。
QY=发动机至泵的功率(HP)X160.65Kcal/h 或QY=发动机有效输出功率(HP)X96.39Kcal/h
第三节 理论综合计算法
C、座机：风扇与护风罩之间的径向间隙不得超过风扇直径的1.5%
或5~10mm。
注明：一般要求风扇与胡风罩之间的间隙越小越能 提高风扇的容积效率。
第四章 风扇
第四节 风扇与第一个换热器芯体之间的间隙 风扇的前平面到第一个换热器芯体之间 的间隙一般是风扇直径的5%~10%或者 50~100mm。为了充分发挥风扇的作用， 距离越远越好，特别风扇与芯体的尺寸的 尺寸关系使其具有相当大的未扫过的面积 时。 风扇所产生的风流应当从芯体的正中穿过， 在几个散热器串联时，风扇中心最好在几 个散热器串联处最厚的位置。
第三节 理论综合计算法
散热量=额定负荷散热量X（实际功率/额定功 率）X1.15 一、发动机标定转速与发动机数据表上的转速 （满功率）不同，则用额定转速和最大扭矩 点的散热量进行插值计算。 数据表上给出转速n1时的散热量Q1；转速n2 时的散热量Q2；则转速n3时的散热量Q3： Q3= Q2+【﹙ n3 - n2 ﹚/﹙ n1 - n2 ﹚】x（ Q1Q2）
qw---- 每马力小时冷却水带走的热量
（Kcal/Ps.h)
第二节 经验理论计算法
内燃机的Kw和 w值是以经验值评估出来的：
q
内
燃
机
类
别
Kw（%） w Q
（Kcal/Ps.h)
汽 油 机
柴 油 机
侧置气门
顶置气门
直接喷射燃烧室
24~30 550~700
20~26 500~600 460~540 15~20 300~350 16~25 260~400
第四章 风扇
第三节 风扇与导风罩之间的间隙 A、汽车：风扇与护风罩之间无相对运动，其径向间隙不得超过风扇
直径的1.5%或者5~10mm。 风扇与护风罩之间有相对运动，其径向间隙不得超过风扇 直径的2.5%或者15~20mm。
B、工程机：在工程机械上由于振动较大，应充分考虑风扇的效率，
因此一般取风扇直径的1.5%~2.5%或者15~18mm作为风扇与护罩之 间的径向间隙。
第四章 风扇
第五节 风扇伸入护风罩的距离 A、对于发动机散热器和中冷器以及油散热器等串联 的散热器组来说，风扇伸到护风圈的深度应为风 扇投影宽度的1/2。 B、对于只有发动机散热器，无其它热交换器与之串 联的系统，风扇伸到护风圈的深度为： ①吸风式：风扇伸到护风圈的深度应为风扇投影 宽度的2/3。 ②吹风式：风扇伸到护风圈的深度应为风扇投影 宽度的1/3。
第三节 理论综合计算法
三、如果带有变矩器或变矩器的自动或动力换 档变速箱，则附加的热负荷按70%计算，必 须有变矩器冷却器传到发动机冷却系统的冷 却液来散热的热负荷为： QT=【变矩器的输入功率(HP)-变矩器的输出功 率(HP)】X642.6Kcal/h =变矩器的输入功率(HP) X192.78Kcal/h =变矩器的输出功率(HP)X275.68Kcal/h 特殊说明：对于三级和四级变矩器具有较高失
• •
第一节 快速经验法
• 一般发动机燃料产生的热量约有1/3的热能做了机 •
械功；1/3的热能随废气排出；1/3的热能让冷却 水带走： Q=Ge*Hu*Neb*1/3 （Kcal/h) 式中: Ge----发动机的有效燃料消耗功率（g/(Ps.h)) Hu----燃料的低热值，汽油和柴油一般取 （10Kcal/g） Neb----发动机标定功率 （Ps)
五、减速器的热负荷： 由于通常的盘式或鼓式制动器的热消散能 力有限，有些设备则采用液力减速器，减速 器需要的散热能力：
QJ=减速器功率(HP)x642.6Kcal/h
第三节 理论综合计算法
六、车辆使用的散热器的总散热能力： 车辆所涉及的散热的装置有发动机、变矩器、 液压系统和减速器集百度文库冷气等。一般情况下， 发动机、变矩器的热量由散热器进行散掉。 QR=Qe+QT+QY+QJ 由于发动机循环冷却介质散发的热量，都加入 到散热器所要求的散热量中去，如果单独采 用独立的空-油冷却器进行散热，则不能计 入散热器的散热量中去，设计时，必须考虑 到其安装位置对水散热器的影响。