車(chē)輛發(fā)動(dòng)機(jī)多風(fēng)扇散熱器性能研究

劉立志

摘 ? 要：散熱器是工程車(chē)輛的心臟，如果不能很好地處理好散熱器的問(wèn)題，那么汽車(chē)的故障率就會(huì)增加，汽車(chē)使用成本也會(huì)隨之增加。隨著汽車(chē)?yán)鋮s系統(tǒng)要求的提高和車(chē)內(nèi)空間的限制，對(duì)散熱器的性能和結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化分析，研究熱點(diǎn)是一種高效細(xì)致的散熱器結(jié)構(gòu)。在冷卻系統(tǒng)中，許多工程機(jī)械的熱源和冷卻劑都是熱交換的，加熱后冷卻液通過(guò)冷卻風(fēng)扇的作用冷卻，提高了可靠性。筆者根據(jù)多年在汽車(chē)企業(yè)工作的經(jīng)驗(yàn)，特別是發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部的研究，在前人大量研究基礎(chǔ)下對(duì)工程機(jī)械散熱器的性能進(jìn)行了研究。

關(guān)鍵詞：工程車(chē)輛 ?發(fā)動(dòng)機(jī) ?多風(fēng)扇 ?散熱性

中圖分類(lèi)號(hào)：U464.138+.2 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1674-098X（2020）06（a）-0072-02

工程車(chē)輛是現(xiàn)代工程機(jī)械，為了提高施工效率，廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)、林業(yè)、水利、能源開(kāi)發(fā)、采礦、貨物運(yùn)輸?shù)却笮凸こ讨?。一般包括推土機(jī)、履帶拖拉機(jī)、裝載機(jī)、裝載機(jī)挖掘、自動(dòng)卸車(chē)等，工程車(chē)輛屬于非道路車(chē)輛，作業(yè)環(huán)境復(fù)雜，駕駛條件不好，所以這種車(chē)輛對(duì)動(dòng)態(tài)性能要求嚴(yán)格。筆者取某大型機(jī)械工程車(chē)輛為例，與一般道路車(chē)輛的引擎相比，最大的區(qū)別是電力強(qiáng)度大，扭矩大，引擎保持低速度運(yùn)轉(zhuǎn)的時(shí)間特別長(zhǎng)，所以對(duì)該車(chē)輛冷卻系統(tǒng)和排氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)又提出了更高要求，確保車(chē)輛長(zhǎng)期、高效、穩(wěn)定的工作是統(tǒng)籌設(shè)計(jì)動(dòng)力的目標(biāo)，因此對(duì)這種工程車(chē)需要全面優(yōu)化冷卻系統(tǒng)。

傳統(tǒng)的汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)單層風(fēng)扇散熱器中，冷凝器的油量分布不均勻，所以散熱器柵極的各個(gè)部分存在溫差，但是風(fēng)扇輸送的冷卻氣流分布與散熱器扁平管的溫度分布不一致，零部件局部溫度過(guò)高，導(dǎo)致水管破裂、散熱器變形，散熱器的散熱性能惡化嚴(yán)重影響汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)性能，造成油耗量增加、排放污染、電力和扭矩下降等問(wèn)題?；卺槍?duì)傳統(tǒng)的單式風(fēng)扇散熱器的改善，使用多個(gè)風(fēng)扇布局，使散熱器各部分的溫度分布均勻，從而減少散熱器部分的蓄熱現(xiàn)象。

對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)風(fēng)扇及其冷卻系統(tǒng)的研究主要集中在冷卻風(fēng)的計(jì)算和檢驗(yàn)上，原先的設(shè)計(jì)只是僅滿足設(shè)計(jì)要求，而沒(méi)有優(yōu)化冷卻風(fēng)和壓力的相關(guān)因素。本文基于某中型機(jī)械車(chē)輛整車(chē)設(shè)計(jì)，在動(dòng)力集成中對(duì)冷卻系統(tǒng)和排氣系統(tǒng)進(jìn)行研究，討論動(dòng)力集成系統(tǒng)中冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和優(yōu)化。中心重點(diǎn)是對(duì)多風(fēng)扇散熱器內(nèi)部的優(yōu)化。

1 ?多風(fēng)扇散熱器模型的建立

在工程車(chē)輛發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻模塊地?zé)崞胶夥治鲋校胍獪y(cè)量其內(nèi)部冷卻模塊地風(fēng)非常的不容易，這個(gè)東西對(duì)冷卻風(fēng)扇性能、防熱擋風(fēng)板和通風(fēng)阻力會(huì)有很關(guān)鍵的作用。考慮到發(fā)動(dòng)機(jī)室內(nèi)空氣流動(dòng)的復(fù)雜性，實(shí)際熱平衡分析和冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)大部分都是以實(shí)驗(yàn)分析為基礎(chǔ)的，建立冷卻模塊地各個(gè)零件性能和整車(chē)?yán)鋮s系統(tǒng)性能的測(cè)試數(shù)據(jù)庫(kù)，模擬冷卻風(fēng)量，模擬車(chē)輛冷卻系統(tǒng)各部件的匹配分析和設(shè)計(jì)通過(guò)風(fēng)口試驗(yàn)，可以獲得一定速度內(nèi)的風(fēng)和風(fēng)的曲線，如果速度不同，可以根據(jù)下意識(shí)獲得風(fēng)的量和風(fēng)的曲線。

2 ?多風(fēng)扇散熱器性能的分析

分析熱流體狀態(tài)對(duì)散熱器性能的影響?？紤]到空氣流動(dòng)狀態(tài)、熱流體側(cè)面流動(dòng)狀態(tài)的變化和散熱器性能的影響，為了得到正確的分析結(jié)果，在研究過(guò)程中，冷流體側(cè)的特性不變。即，翅片的類(lèi)型、進(jìn)口溫度和流量都是固定值。

2.1 翅片結(jié)構(gòu)參數(shù)

2.1.1 翅片高度對(duì)散熱器性能影響

翅片傳熱機(jī)制分析對(duì)流加強(qiáng)技術(shù)分為主動(dòng)加強(qiáng)和被動(dòng)加強(qiáng)，主動(dòng)增強(qiáng)技術(shù)主要包括機(jī)械攪拌、電磁場(chǎng)、電熱表面振動(dòng)、流體振動(dòng)等方法。被動(dòng)強(qiáng)化技術(shù)主要是特殊處理表面法、粗糙表面法、擴(kuò)張表面法、氣流裝置法等，在這一節(jié)中，強(qiáng)化鋸齒的方法是通過(guò)被動(dòng)強(qiáng)化技術(shù)的擴(kuò)張表面法增加第二次環(huán)熱面積，這樣可以更好地增加熱量，在導(dǎo)熱過(guò)程中，傳熱的過(guò)程是一次交換面，在第二次熱交換面也會(huì)發(fā)生。

2.1.2 翅片形狀對(duì)散熱器強(qiáng)度的影響

流體入口狀態(tài)對(duì)散熱性能的影響，在工作過(guò)程中，冷熱流體的作業(yè)狀態(tài)不固定，基于冷熱流體的進(jìn)口溫度的影響因素，分析了不同冷熱流體的進(jìn)口溫度對(duì)散熱器性能的影響。

2.1.3 對(duì)于板翅式散熱器

流入散熱器的流體分配總是不均勻，一般流體分布不均勻有兩種情況。一是進(jìn)口結(jié)構(gòu)或安裝位置不合理，使流體進(jìn)入散熱器的分布不均勻，流體不平衡分布在很大范圍內(nèi)影響散熱器的性能。另一方面，由于散熱器內(nèi)葉形的制造加工缺陷或安裝過(guò)程中存在偏差，導(dǎo)致內(nèi)部葉片受損，結(jié)構(gòu)受損。因此，機(jī)身在冷卻片中不均勻流動(dòng)，影響散熱器的整體性能。

2.1.4 板翅層數(shù)

隨著機(jī)翼層數(shù)量的增加，散熱器的效率越來(lái)越高，進(jìn)口流量增加，散熱器的效率越來(lái)越低。比起散熱器的流量偏差系數(shù)曲線，同層散熱器的流量偏差系數(shù)越低，效率越高，相互之間不同層散熱器的流量偏差系數(shù)越大，效率越高。其原因在于不同層數(shù)地散熱設(shè)備在同一空氣供應(yīng)條件下，其設(shè)備的層數(shù)越多，各個(gè)層水地流量越小，流速越慢，流體地?fù)Q熱就越充分。所以，流體進(jìn)出口溫度差大，暖氣效率也會(huì)提高。

2.2 密封性

從散熱器的性能來(lái)看，不同風(fēng)扇的旋轉(zhuǎn)速度，不同散熱器的電熱性能變化趨勢(shì)有所不同。散熱器組件密封后，變速器油散熱器的流量增加，通過(guò)前面兩個(gè)散熱器熱量均減小。

2.3 散熱器間距

在一定范圍內(nèi)，散熱器之間的距離增大，提升冷卻液散熱器的電熱性能。隨著距離的增加，冷空氣的溫度和速度的不均衡分布會(huì)在進(jìn)入下一個(gè)散熱器前有所混合，隨著距離的增加，混合冷卻液散熱器的性能越充分。綜上所述可以分析得到，增加間距后，空氣溫度和速度的均等性變好，有利于改善變速器油散熱器的熱量。但是冷卻液散熱器的熱交換器性能變好，通過(guò)水箱的厚度，冷卻空氣溫度相對(duì)升高，變速器油散熱器的熱交換環(huán)境惡化，性能低于原狀態(tài)，各散熱器的電熱性能變化趨勢(shì)與風(fēng)扇的旋轉(zhuǎn)速度不同，散熱器組件的總和熱性能隨著散熱器之間的距離而發(fā)生變化，散熱器之間的距離越大，散熱器模塊的總熱量就越大。根據(jù)前人的分析，隨著距離增加，前排散熱器的進(jìn)場(chǎng)速度和溫度不均勻的空氣有一定的混合，混合后的空氣越均勻，就有利于散熱及換熱。

3 ?結(jié)語(yǔ)

本文從工程車(chē)輛方面討論了發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻風(fēng)扇的設(shè)計(jì)和優(yōu)化，主要結(jié)論如下。

（1）根據(jù)熱平衡方程式，引導(dǎo)發(fā)動(dòng)機(jī)風(fēng)扇所需冷卻風(fēng)的關(guān)系，對(duì)工程車(chē)的散熱及發(fā)動(dòng)機(jī)散熱模型進(jìn)行了建立。

（2）為了最大限度地獲取熱量，風(fēng)扇和散熱器之間的距離越大越好，中間有最好有平穩(wěn)的過(guò)度，根據(jù)實(shí)際工程組裝等情況進(jìn)行調(diào)整。

（3）合理解決散熱問(wèn)題，可以提高發(fā)動(dòng)機(jī)的利用率。

（4）減少工程汽車(chē)的召回率，滿足其銷(xiāo)售要求和客戶的滿意程度。

參考文獻(xiàn)

[1] 黃瑋隆，張光德，郭健忠，等.車(chē)輛發(fā)動(dòng)機(jī)多風(fēng)扇散熱器性能研究[J].武漢科技大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版， 2017（40）：69.

[2] 周常偉，鄭明剛，王春紅.客車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻風(fēng)扇控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].電子技術(shù)與軟件工程，2015（22）：255-256.

[3] 張毅，陸國(guó)棟，俞小莉.商用車(chē)多風(fēng)扇冷卻模塊匹配研究[J].汽車(chē)工程，2014，36（5）：552-555.