散热器换热计算规范.docx

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1、01、范围2、散热器换热设计计算（理论）2. 1、发动机冷却水散热量2.2、冷却液循环量2.3、冷却空气需求量.2.4、散热器正面积.2.5、散热器散热面积3、散热器换热设计计算（实际）3. 1、确定散热器结构3.2、冷却液侧换热系数的计算3.3、空气侧换热系数的计算3.4、百叶窗翅片风阻的计算.113.5、传热系数的计算113.6、管翅式交叉流换热器修正系数估算123. 7、温度校核134、现有冷却模块的性能曲线和风扇、水泵的匹配144.1、已知的数据、参数144.2、冷却模块和风扇的匹配154.3、液气温差的计算.161、范日本规范规定了汽车散热器换热计算方法。本规范适用于汽车散热器换热计

2、算、选型。2、散热器换热设计计算（理论）2.1、 发动机冷却水散热量项目计算过程备注发动机冷却水散热量Q.（kjs）Qa=A P Q Hu/3600 (+Q 油)(kjs)Q油：水油散热器散热量，若有，则冷却水散热量需加上A:额定点工况下冷却水散热量约占燃料总发热量的2230%潍柴：A=0.25 康明斯：A=0.26玉柴：A=0.29其他：A=0.28P:发动机额定功率（kW）Q:油耗率(kgkW h)0. 18-0. 34kgkW h具体以发动机给定值为准Hu：低热值（kjkg）柴油低热值41870kJkg汽油低热值43100kJkgLNG 低热值 42021kJkg表1：发动机冷却水散热量

3、若已告知发动机冷却系统数据单，则冷却系统散热量数据单（参考图1）为准。冷却系统 Cooling system热平衡试验数据(环境温度：试验测埴值 50.4C ) Heat balance test data (Environment temperature: 50.4C)参数Parameters单位Units额定匚况Rated workingcondition大扭矩工况 Max. torque working condition1600rmin1400rmn1200rmin发动机进/出水压力Coolant inlet/ output pressure(kPa)62.8/167.248.0/12

4、9.550.0/114.350.0/106.8冷却液流量Coolant flow(m5h)21.714.913.()11.0发动机进/出水温度Coolant inlctoutput temperature(C)93.8/100.888.2/97.188.5/96.989.2/97.5中冷器前/后温度Intercooler inlctoutput temperature(fC)176.3/48.4179.9/45.7169.8/42.1153.6/37.7冷播前/后压力Intercooler inlet/output pressure(kPa)188.8/177.7204.7/200.1193.

5、4/189.767.OI64.4发动机总热量Engine total heat(kJs)654.5560.2477.2405.6冷却液带走的热量The heat taken away by the coolant(kJs)159.0138.8114.395.6中冷器散热量Intercooler heat dissipating capacity(Us)39.434.629.322.2排气带走的热量The heat taken away by the exhaust(kJs)175.4129.0107.491.4发动机表面辐射热量Radiation heat of the engine surf

6、ace(kJs)32.728.023.9203注：因测量等误差原因，表面辎射热量按发动机总热量的5%计算。Note: Because of test errors and other reasons, the surface radiation heat is 5% of the engine total heat.图1：发动机冷却系统数据单2.2、 冷却液循环量项目计算过程备注冷却液需求量Vw (m3s)V u = 1.2 Q (m 3/s)twV CwVw:冷却液的需求量，单位m7sQ4:发动机散入冷却系统的最大散热量，单位Kj/stw：冷却水温度，单位Atw：冷却水经过发动机的容许温升t

7、w=(进-出)=612CYv:冷却液密度 95时:1027. 01kgm3冷却液：50%乙二醉+50%水Cv:冷却液的比热容95时：3.57Kj (Kg )冷却液：50%乙二醇+50%水安全储备系数：1.2若已告知的发动机冷却系统数据单上有冷却液需求量，则Vwi 空气定压比热容 kj/kg 1. 047kj (kg )表3：冷却空气需求量2.4、 散热器正面积项目计算过程备注散热器正面积Fr（m1）UaK：散热器正面面积，单位Va：散热器正面空气流速（ms）载荷汽车取8-10ms,轿车 10-15ms表4：散热器正面积2.5、 散热器散热面积项目计算过程备注散热器散热面积F （ma）K kA

8、tF：散热器散热面积，单位m?降传热系数，单位kj （m-s ）Kr=0. 069-0. 117Kj (m2 S )At：冷却液平均温度与冷却空气平均温度的差值t=tw-ta冷却水平均温度tw=tw进-4tv2tw进：散热器进水温度冷却空气平均温度ta=ta前+Zta2ta前：进入散热器前空气温度表5：散热器散热面积3、散热器换热设计计算（实际）汽车散热器实际设计中，散热器外形边界（芯高、芯宽）、发动机参数（冷却液带走热量、冷却液流量、报警温度）、风扇参数（性能曲线）均已告知，在此基础上设计尽可能紧凑的散热器系统。3.1、 确定散热器结构由于现有常规结构汽车散热器均为管翅式交叉流散热器，故以下

9、计算均为管翅式交叉流散热器换热计算。3.2、 冷却液侧换热系数的计算选择散热管类型、排布，确定散热管通水截面积A.散热管湿周长度P,得散热管水力直径（m） ： dh =*(3. 1)散热管内冷却液平均流速 （m/s）： ufl = 7rh(3. 2)K为冷却水体积流量（m3s） , N为流道数量。则以水管的水力直径为必特征长度的雷诺数R%dh为：Re岫=皿%(3.3)判定Rehdh2300,则散热管内流动状态为湍流。v ：运动粘度（Itf/s）散热管内的平均对流换热系数L使用Dittus-Boeletr公式Nu =0.023 Re08 Pro4hmhdh rr(3.4)N% x kdh(3.

10、5)Nufw:努塞尔数（无量纲数）Pr：普朗特数（无量纲数） ：导热系数(W (m K)3.3、空气侧换热系数的计算汽车散热器空气侧一般为平行流百叶窗翅片，以下公式多为Webb提供的关于传热系数的关联式。空气侧传热系数按以下方法计算。图3.1芯体结构图3. 2空气侧翅片结构图3. 3翅片横剖面结构图3.4翅片传热计算分区示意图气侧换热系数的计算考虑到各部分的差别，分为四个部分，即气侧翅片两端区域、百叶窗区域、S1区域、S2区域（见图3.4） o图中Li：百叶窗开窗长度Lp：百叶窗间距 Fd：芯体厚度（带宽）Fp：翅片间距（半个波距） Flh：翅片料厚（=6）Fh：翅片高度 Tw：散热管宽度 ：

11、百叶窗角度(1)计算散热器最小截面风速为最小截面与迎风面之比，V为散热器迎面风速（ms）a=FhFp-FtMFlKFp（2）流动效率R的计算Fe* = 0.95( 严Fp ooo 2q).34Re, = 828(_)180R4=kS匕式中，v ：运动粘度(fs)。V,指空气运动粘度，按50C查取,vc=17. 9510-6 m2s判断如果Re Re,Fe= * -37.17 xlO-,(Re； - Re,),1L35(2jV61(3.6)否则(3)气侧翅片两端区域的换热计算Dhe4ACV_ 4(Fh - Ll)(Fp - Fth)(3.7)Pe2(Fj+F广风) Ff-L1Ar =Fp Kh如果Arl1Ar =-Ar结束= 7.541(1-2.61Ar+4.97 r2-5.119 Ar 3+2.702 Ar4-0.548 Ar5) he式中： ：导热系数(W(mK),空气 50时,=2. 8310-2W(m )气侧翅片两端区域的换热面积Ae：Ae = 2FFh-Ll) + (Fp-F(4)、开窗区域的计算Al = 2LLp(M+2)式中，N为完整的百叶窗数目