发动机冷却系统散热量确定及水箱、风扇参数确定方法

发动机冷却系统散热量确定及水箱、风扇参数确定方法

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)

1千卡（Kcal ）=4 186焦耳。。1兆焦（MJ ）=1 000 000焦耳。。所以1MJ/kg=239Kcal/kg

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 。

ρa 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找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找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

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

＝99000/(1000*1*8)=12.4m3/h=206 l/min

，w

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）