串聯式散熱器熱平衡計算第一頁，共二十五頁，編輯于2023年，星期六預備知識熱量的轉移形式：熱量的轉移有傳導、對流、輻射三種形態。自然界大量的熱量轉移是以輻射的形態進行的。我們生活的地球上所使用的能源幾乎都來自于遙遠的太陽的光輻射。發動機冷卻系統的熱量轉移：熱量從發動機水套傳遞到散熱器內部屬強制對流，熱量從散熱器內部傳遞到外部屬熱傳導，熱量從散熱器傳遞到空氣也屬強制對流。第二頁，共二十五頁，編輯于2023年，星期六預備知識所謂的熱平衡包含了三個方面的平衡1、水泵揚程與管路各部分水阻之和相等；2、風扇靜壓與各換熱器風阻之和相等；3、發動機散發熱量與空氣吸收熱量相等。第三頁，共二十五頁，編輯于2023年，星期六預備知識散熱面積S：換熱器與空氣接觸的表面積。m2

散熱管計算外側面積。散熱帶（片）計算兩側面積。

注：散熱帶（片）與散熱管重疊部分應剔除。散熱系數U：換熱器單位散熱面積、單位溫度差時散熱能力。

kw/m2·k或kJ/h·m2·k第四頁，共二十五頁，編輯于2023年，星期六1.參數初選根據發動機參數及以往設計經驗，尋找具有合適管帶規格的散熱器、中冷器、油冷器，初步選擇各換熱裝置的正面面積、芯厚、波距等，各個換熱裝置的正面面積盡可能相同。附：主機廠提供原始數據（我們希望該數據越齊全越好）。根據顧客提供的冷卻液流量（最大功率點和最大扭矩點）計算管內流速，從以往實驗報告中調用重量風速-風阻曲線、重量風速-散熱系數曲線。第五頁，共二十五頁，編輯于2023年，星期六2.沒有合適的參數該怎么辦？如以往實驗未做過該流速的測試，可尋找散熱管散熱帶規格相同、波距也相同的兩條相近的重量風速-風阻曲線、重量風速-散熱系數曲線，用插值法做一條需要的曲線。后續的很多參數都可以用插值法取得。第六頁，共二十五頁，編輯于2023年，星期六3.串聯時換熱器的布置串聯的順序一般是空氣先經過中冷器，再經過機油冷卻器，最后經過水散熱器。如系統中有變矩器油冷卻器，則將其放在散熱器后面。這主要是由于發動機的進氣溫度要控制在環境溫度以上20~25℃左右，液壓裝置的工作用油溫度要控制在環境溫度以上40℃左右，發動機進水溫度要控制在環境溫度以上55~60℃左右，而變矩器油的工作溫度還要高一些。第七頁，共二十五頁，編輯于2023年，星期六4.環境溫度與進風溫度如風扇選用吸風方式，空氣直接從外界進入，則：環境溫度是中冷器的進風溫度、中冷器的出風溫度是機油冷卻器的進風溫度、機油冷卻器的出風溫度是散熱器的進風溫度。如風扇選用吹風方式，空氣經過發動機外表會吸收熱量，溫度高于環境溫度。中冷器的進風溫度會有所提高。如果知道發動機外表的熱輻射，則可計算出進氣溫度的提高值。第八頁，共二十五頁，編輯于2023年，星期六5.空氣流量及風阻散熱器、中冷器、油冷器串聯后置于某一流場中，當氣流達到穩定時，空氣流量及風阻的關系類似于電學中電流與電壓的關系，即：它們的重量風速相等，且總的風阻是各個換熱裝置風阻疊加之和。電流：I1=I2=I3空氣流量：v=va=vw=vo電壓：V=V1+V2+V3風阻：P=Pa+Pw+Po第九頁，共二十五頁，編輯于2023年，星期六6.風扇曲線的選擇如風扇由發動機驅動，根據速比計算最大功率點和最大扭矩點時的風扇轉速，確定需轉換的風扇體積風速-靜壓曲線。極端情況下，考慮發動機110%負荷時或超速10%時的風扇轉速，調用體積風速-靜壓曲線。如風扇轉速與計算值有差異時，可用相鄰的兩條曲線按插值法作出需要的曲線。如風扇由電機或液壓馬達驅動，則選用電機或液壓馬達達到最高轉速時的體積風速-靜壓曲線。第十頁，共二十五頁，編輯于2023年，星期六7.風扇曲線的轉換我們假定風扇驅動空氣全部通過了換熱器。風扇體積風速-靜壓曲線是在常溫下測得，而換熱器設計考慮的是極端環境條件，溫度上升必然導致空氣密度下降。根據環境溫度和換熱器正面面積進行計算，將選定的風扇體積風速-靜壓曲線轉換成重量風速-靜壓曲線。第十一頁，共二十五頁，編輯于2023年，星期六8.尋找平衡點將疊加后的重量風速-風阻曲線與風扇重量風速-靜壓曲線復合，得到一個交點O，此時，風扇靜壓與風阻相等，風扇產生的重量風速與通過散熱器、中冷器、油冷器的風速相等。如果系統中有防護網，則應將防護網產生的風阻也疊加進去。此時散熱器、中冷器、油冷器的散熱系數，就是它們所具備的散熱能力。第十二頁，共二十五頁，編輯于2023年，星期六散熱器、中冷器疊加后重量風速——風阻曲線第十三頁，共二十五頁，編輯于2023年，星期六散熱器風阻曲線與風扇靜壓曲線復合第十四頁，共二十五頁，編輯于2023年，星期六找到交點“O”對應的散熱系數Ur第十五頁，共二十五頁，編輯于2023年，星期六9.熱量的平衡發動機散發的熱量被強制通過的空氣完全吸收，則：Qw=Qa。根據公式Qw=Gw·

Cpw·

（Tw1-Tw2）計算出水溫度Tw2。根據公式Qa=Ga·

Cpa·

（Ta2-Ta1）計算出風溫度Ta2。第十六頁，共二十五頁，編輯于2023年，星期六10.平均溫差散熱器散發熱量，水溫會逐漸下降；經過散熱器的空氣吸收熱量，溫度會逐漸上升，因此芯部各點的氣水溫差都不一樣。算數平均溫差：ΔTrm≈

[（Tw1+Tw2）-（Ta1+Ta2）]

2對數平均溫差：ΔTrm=

[（Tw1-Ta2）-（Tw2-Ta1）]ln[（Tw1-Ta2）/（Tw2-Ta1）]第十七頁，共二十五頁，編輯于2023年，星期六氣水（液氣）溫差分布圖溫差（Tw1-Ta1）Tw1（Tw1-Ta2）溫差進水Ta1Ta2進氣出氣出水

溫差（Tw2-Ta1）Tw2（Tw2-Ta2）溫差第十八頁，共二十五頁，編輯于2023年，星期六11.氣水當量計算氣水當量，它們的值對液氣平均溫差的實際值有很大的影響。P=（Ta2-Ta1）/（Tw1-Ta1），R=（Tw1-Tw2）/（Ta2-Ta1），第十九頁，共二十五頁，編輯于2023年，星期六12.修正系數根據P、R值查找對數平均溫差的修正系數Ft。如P、R值均較小，或芯體厚度較小(≤50mm)，可視Ft≈1。修正后的氣水平均溫差：ΔTm=Ft

?ΔTrm

修正系數圖見下頁第二十頁，共二十五頁，編輯于2023年，星期六第二十一頁，共二十五頁，編輯于2023年，星期六13.散熱系數計算帶入散熱量、進出水溫、進出氣溫、散熱面積、流量等參數，算出熱平衡時的散熱系數。

Uw=Qw/（S*ΔTm）

其中：S——散熱器管、帶散熱面積之和m2Qw——散熱量kw第二十二頁，共二十五頁，編輯于2023年，星期六14.比較散熱器本身具備的散熱系數Ur已通過前面的做圖法找出。計算所得的散熱系數Uw應小于Ur15%以上，保證散熱性能有一定的儲備。第二十三頁，共二十五頁，編輯于2023年，星期六15.重新計算如計算所得散熱系數