散热器设计计算实例

1.轻便越野车的散热器设计实例

(1)设计任务书

该车装置492发动机，发动机参数为492×92，燃烧室为浴盆式，发动机排量为2.445L，额定功率为55kW，最大扭矩为171.5N·m。

车型：轻便越野车

(2)散热器设计的基础参数

1)发动机水套散热量Q水

依据试验实例数据(详见(国产42台发动机水套散热量试验报告))该发动机额定工况的Qk=149470kJ／h。最大扭矩工况的Q水为105090 KJ/h。

2)散热器的最大散热能力Q一

该越野车的散热器可靠性要求高，使用寿命应达到5年以上。因此选用管片式结构，并且应有较大的散热能力的储备。依据使用经验选择Qmax比Q水大15％。

故Qmax=1.15Q水=115×149470=171890(kJ／h)

3)沸腾风温

选择标准型冷却系，沸腾风温为40℃。

4)散热养设计工况和校核工况

设计工况点为额定工况，校核点选在最大扭矩工况。

5)系统压力

由于轻便越野车使用条件恶劣，对可靠性要求很高，因此选择较低的系统压力，确定系统压力的29.4KPa。

(3)散热器结构型式与参数设计

1)结构型式

该车使用条件恶劣，行驶路面质量差，颠振动大，灰尘较多，因而确定用管片式结构，散热片为平片，不采用改善二次换热条件的措施。

2)芯子正面面积Ff

校式(5)和式(6)可计算求得Ff。

按(5)计算：

Ff≥0.1+0.0321Vn

≥0.7+0.032X2.445

≥0.178(㎡)

按(6)计算：

Ff≈0.032Nemax。

≈0 0032×55

≈0.176(㎡)

从两次计算求出的厂／应不小于0.176㎡～0.178㎡。为此在总布置允许的空间尺寸范围内，按部须标准JB32291～2292-78／选择芯宽和芯厚如下：

芯宽W=530mm，芯高H=340mm，从而得出实际的散热器芯子正面面积。

Ff=0.53×0.34

=0.1802(㎡)

实际的Ff数值大于设计计算要求的值，而且芯宽w和芯高H的尺寸都在总布置允许的范围内，说明该芯子正面面积是合适的。

3)冷却水管尺寸与排列

根据已确定的结构型式，为降低生产成本和充分利用现有的工装设备，冷却水管尺寸选用管片式结构最广泛采用的“2.2x19”的管子，即管子横截面长度为19mm，宽度为22mm。

冷却水管文错排列三种。即采用“B3”排列方式。

4)散热器散热面积S

依据式(11)计算S=S比·Nemax。该散热片为平片，该车不装空调，故S比为0.1905㎡／kW，如装空调S比应选择大—些。

S=S比·NAmX。

≈0.190×55

≈10.48(㎡）

5)散热器芯厚T

按式(10)计算.，φ值选取为800㎡／m3，

故T=S／(Ffφ)

=1048／(0.1802×800)

=0.07269(m)

依据计算求的T值按B3型结构，查出T值应为75mm，实际T值大于设计要求的数值，说明了值选取是合适的。

B3型排列为三排冷却水管，交错排列方式布置从W=530mm范围内得知，前后两排冷却水管为47根，中间一排为46根，总管数为47×2+46=140(根)。

散热片为127片，散热片片距为2.5mm。

按照实际设计的各个参数，依据式(16)重新计算散热面积S：

S=2Sf+St；从“2.2×19”这一规格的冷却水管可求出Fφ为40.7 ㎜2，为40.5㎜。

将Fφ和τo分别代入式(17)和式(18)就可求出Sf和Sτ:

Sf=127(528×75—140×40.76)×106

=4304487.2×10—6

≈4.3(㎡)

St=140×340×40.55×10-6

=1927800×10—0

≈1.93(㎡)

S=2Sf+St

=2×4.3+1.91

=10.53(㎡)

6)校核

492发动机最大扭矩工况水套散热量Q水为105090 kJ/h。依据式(11—2—2)求得：

Qmax=1.1Q水

=1.1×105090

=120854(kJ／h)

最大扭矩工况时风扇提供的质量风速YaVa为6kg／(㎡s)，将YaVa代人式(14)后求得：

△ta=Qmax/3600FfCCpaγaVa

=120854／3600×0.1802×1.0048×6

=30.9(℃)

将△ta代入式(11-2-13)，求出

tacp=ta1+2／1△ta

=40+⊥2x30.9

≈55.45(℃)

选定的系统压力为29.4 kPa得出twcp为95℃左右，

△t=twcp—tacp

=95-55.45

≈39.55(℃)

在求得△t和Qmax的基础上，依据(11.2.12)计算散热面积S。

根据同类散热器在γaNa=6 kg／m2s的条件下的K值通常为290 KJ／(m2h℃)一310 kJ／(㎡h℃)左右，求出K为293kJ／(㎡h℃)。将K和△t代入ll.2．12式后：

S=Qmax／K·△t

=120854／293x 39.55

=10.429

≈10.43(㎡)

从上面计算得出的最大扭矩工况需要的散热面积为10.43 ㎡。而实际的散热面积为10.53㎡，超过需要的散热面积，这就说明新设计的散热器在最大扭矩工况下的散热能力也是足够的，可以满足任何工况条件下散热的需要。

2.轻型载重车散热器设计实例

如果492发动机装置在轻型载货车上，载重量为2t。主要用于城乡公路及巾内运输，冷却系不采用空调。

由于492发动机不变，主要是车型变化。所以散热器的景大散热量Qmax、沸腾风温、散热器设计工况及校核点与轻便越野车一样。仅使用条件不同，主要用于公路运输，路面状态较好，相对比较，该车从冷却系可靠性的要求比轻便越野车低，系统压力可以采用较高的数值。设计系压力为68.6 kPa。 从而可以降散热器设汁得较为轻巧，散热面积S和芯厚T均可减小些。

由于散热器承的振动应力相对小—些，灰尘很少。因此采用“管带式结构，并且在二次换热表面上冲密集的百叶窗孔，来改善散热带的散热条件”。

从前例计算出的芯子正面面积FF应在0.176㎡～0.178㎡的范围，符合总布置限定的尺寸范围。为充分地利用瑞有工艺装备，采用波高为10mm的散热带和2.5mmx14mm的冷却水管，以实现系列化生产：

先粗略地矶定：芯宽为530mm，芯高为340mm。

散热带数n为：

n=(530-10)÷(10+2.5)

=520÷125

=41.6

取n=42条，冷却水管在芯宽方向排列41，实际芯宽：

W=10x42

=522.5(mm)

实际芯子正面面积：

Ff=522.5X340

=177650㎜2

≈0.178(㎡)

实际的厂／大于设计要求的0.176m2,而且符合总布置要求。

因此规定：散热带高为10mm，采用42条散热带，冷却管尺寸为“2.5x14”，分三排布置，总管数为41x3=123根。冷却水管壁厚为0.13mm。冷却水管的外圆周长为30.85mm。散热器正面面积Ff为0.17765㎡。

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