一種整車環(huán)境散熱器性能檢測方法及模型

王臻華

一種整車環(huán)境散熱器性能檢測方法及模型

王臻華

（安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司技術(shù)中心，安徽 合肥 230601）

汽車散熱器是汽車?yán)鋮s系統(tǒng)的重要組成部分，使其內(nèi)部的冷卻液和通過其表面的空氣進(jìn)行熱交換來降低冷卻液溫度，防止發(fā)動機(jī)過熱而損壞，文章主要在整車環(huán)境條件下研究散熱器在不同轉(zhuǎn)速和不同迎面風(fēng)速時的散熱能力大小，并構(gòu)建冷卻液流量、散熱器表面風(fēng)速場及散熱器散熱系數(shù)的整車散熱器散熱模型。

汽車散熱器；整車散熱器散熱模型

1 引言

汽車散熱器散熱性能主要指發(fā)動機(jī)大循環(huán)通過散熱器向其周圍空氣傳遞熱量的能力，汽車散熱器也是整車?yán)鋮s系統(tǒng)的重要組成部分[1]。但是現(xiàn)有的散熱器散熱性能測試主要針對散熱器本身進(jìn)行研究，而并未考慮散熱器處于整車環(huán)境中的散熱能力。當(dāng)散熱器處于整車環(huán)境中時，空氣阻力、冷卻液阻力等因素對散熱器的散熱性能均有較大的影響[2]，因此本文在整車環(huán)境條件下測試散熱器散熱性能，構(gòu)建包含冷卻液流量、散熱器表面風(fēng)速場及散熱器散熱系數(shù)的散熱模型。

2 設(shè)備名稱

底盤測功機(jī)、環(huán)境倉、電磁式流量傳感器，風(fēng)速傳感器、熱電偶溫度傳感器。

3 模型建立與測試方法

3.1 模型建立

（1）構(gòu)建汽車節(jié)溫器全開時冷卻液流量VL與發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速n的關(guān)系：

VL=?（n） （1）

節(jié)溫器半開時采用插值法，式中：

VL—散熱器的冷卻液流量，L/min；

n—發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速，r/min。

（2）構(gòu)建散熱器表面風(fēng)速VW與車速VV的關(guān)系：

VW=?（VV） （2）

汽車?yán)鋮s風(fēng)扇有不同的形式，本文以電阻調(diào)節(jié)風(fēng)扇為例進(jìn)行建模，電阻調(diào)節(jié)風(fēng)扇一般分為高速和低速兩擋。

式中：

VW—散熱器表面風(fēng)速，m/s；

VV—車輛迎面風(fēng)速，km/h。

（3）構(gòu)建散熱器散熱系數(shù)KR模型，并建立散熱器系數(shù)MAP圖：

散熱器散熱公式：

QR=KR（TR-in-Te）SR（3）

式中：

QR—散熱器散失的熱量，kJ；

KR—散熱器散熱系數(shù)，kJ/（min·℃*m2）；

TR-in—散熱器進(jìn)口冷卻液溫度，℃；

Te—散熱器前環(huán)境溫度，℃；

SR—散熱器前截面積，m2。

根據(jù)公式（3）可以獲得散熱器散熱系數(shù)：

式中：

KR—散熱器散熱系數(shù)，kJ/（min·℃*m2）；

TR-in—散熱器進(jìn)口冷卻液溫度，℃；

TR-out—散熱器出口冷卻液溫度，℃；

Te—散熱器前環(huán)境溫度，℃；

SR—散熱器前截面積，m2；

CL—冷卻液比熱容，J/（kg·℃）；

VL—散熱器的冷卻液質(zhì)量流量，L/min。

基于插值法，根據(jù)冷卻液流量和散熱器表面風(fēng)速可以得到散熱器散熱系數(shù)MAP圖。

3.2 檢測方法

（1）冷卻液流量測試：測量發(fā)動機(jī)節(jié)溫器全開狀態(tài)下的散熱器流量，測量從1000r/min起，以500r/min為間隔，直至最高轉(zhuǎn)速，并對數(shù)據(jù)結(jié)果進(jìn)行擬合計算。

圖1 散熱器冷卻液流量測試示意圖

（2）散熱器表面風(fēng)速測試：電阻調(diào)節(jié)風(fēng)扇一般有不轉(zhuǎn)、低速轉(zhuǎn)、高速轉(zhuǎn)三種狀態(tài)。以高速轉(zhuǎn)為例，控制車輛ECU程序或者短接車輛風(fēng)扇高速繼電器，強(qiáng)制風(fēng)扇處于高速工作狀態(tài)，車輛在轉(zhuǎn)轂以怠速、30km/h、60km/h、90km/h、120km/h、140km/h進(jìn)行穩(wěn)速行駛，分別測量每一個車速點(diǎn)時散熱器表面風(fēng)速分布，風(fēng)扇低速轉(zhuǎn)與風(fēng)扇不轉(zhuǎn)也按照上述方法進(jìn)行測量，繪制每一個狀態(tài)下散熱器表面風(fēng)速速車速變化的曲線圖，并擬合。

圖2 散熱器表面風(fēng)速測試示意圖

（3）散熱器散熱系數(shù)：車輛以恒定的發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行行駛，行駛車速分別為20km/h、40km/h、60km/h、80km/h、100km/h，測試過程中記錄風(fēng)扇狀態(tài)，或者強(qiáng)制風(fēng)扇處于某一個檔位不變，發(fā)動機(jī)冷卻液溫度能夠使得節(jié)溫器完全開啟，記錄，發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速，車速、散熱器進(jìn)出口冷卻液溫度、散熱器前環(huán)境溫度等參數(shù)。按照上述方法，測試不同轉(zhuǎn)速下的個參數(shù)，并記錄。計算散熱器散熱系數(shù)，構(gòu)建散熱器散熱系數(shù)KR模型。

4 試驗(yàn)分析

以某公司某款手動擋車型為例，按照檢測方法分別進(jìn)行測試。

4.1 散熱器冷卻液流量

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果經(jīng)擬合得出：VL=?（n）=0.026· n-4.4634。

表1 散熱器冷卻液流量統(tǒng)計表

4.2 散熱器表面風(fēng)速

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果經(jīng)擬合得出：

W=?（V）= ?0·V3+ ?1·V2+ ?2·V+ ?3。

表2 不同風(fēng)扇轉(zhuǎn)速統(tǒng)計值表

表3 散熱器表面風(fēng)速統(tǒng)計表

圖4 散熱器表面風(fēng)速隨車輛迎面風(fēng)速變化曲線圖

4.3 散熱器散熱系數(shù)

將風(fēng)扇工作模式固定，以高速轉(zhuǎn)為例，結(jié)合散熱器冷卻液流量以及散熱器表面風(fēng)速得出散熱器散熱系數(shù)結(jié)果：

表4 散熱器散熱系數(shù)

由此，我們也可以獲得風(fēng)扇低速轉(zhuǎn)和不轉(zhuǎn)這兩種狀態(tài)下的散熱器散熱系數(shù)，從而繪制散熱器散熱系數(shù)隨冷卻液流量以及散熱器表面風(fēng)速變化的MAP圖。散熱散熱系數(shù)可以根據(jù)MAP圖通過差值法獲得。

5 結(jié)論

本文通過試驗(yàn)和建模對散熱器散熱系數(shù)進(jìn)行計算，得出散熱器散熱系數(shù)的MAP圖，運(yùn)用散熱器散熱系數(shù)可以在汽車整車能量流分析中很便捷計算出散熱器散失能量占比，也可以在整車熱平衡試驗(yàn)中直觀地計算出散熱器散熱能力的余度。這一次分析研究為一次初步探索，后期還可以進(jìn)行不同發(fā)動機(jī)發(fā)熱量或不同環(huán)境溫度下散熱器散熱系數(shù)有何差異，也可以研究匹配不同材質(zhì)散熱器或不同冷卻風(fēng)扇對散熱器散熱系數(shù)的影響程度等[3]。

[1] 張文春.汽車?yán)碚揫M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2010.

[2]劉佳鑫.工程機(jī)械散熱模塊傳熱性能研究[D].長春:吉林大學(xué),2013.

[3] 莊駿,張紅.熱管技術(shù)及其工程應(yīng)用[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社, 2000.

A radiator performance detection method and model in vehicle environment

Wang Zhenhua

（JAC Technology Center, Anhui Hefei 230601）

Automobile radiator is an important part of the car’s cooling system, heat exchange between the coolant inside and the air passing through its surface reduces coolant temperature and prevents engine overheating and damage. and build the vehicle radiator heat dissipation model of the coolant flow rate, the surface wind velocity field of the radiator and the heat dissipation coefficient of the radiator.

Automobile radiator; The vehicle radiator heat dissipation model

10.16638/j.cnki.1671-7988.2021.07.034

U464.138+.2

A

1671-7988(2021)07-104-03

U464.138+.2

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1671-7988(2021)07-104-03

王臻華，就職于安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司技術(shù)中心。