并联式散热器热平衡计算

并联式散热器热平衡计算编辑：李大钧1.参数初选•根据发动机参数、液压工作站参数及以往设计经验，寻找具有合适管带规格的散热器、中冷器、油冷器，初步选择各换热装置的正面面积、芯厚、波距等，各个换热装置的重量风速-风阻曲线尽可能类似，如相同则更好。•根据顾客提供的冷却介质流量（最大功率点和最大扭矩点）计算管内流速，从以往实验报告中调用各换热器重量风速-风阻曲线。2.没有合适的参数该怎么办？•如以往实验未做过该流速的测试，可寻找两条相近的重量风速-风阻曲线，用插值法做一条需要的曲线。•后续的很多参数都可以用插值法取得。3.并联时换热器的布置•并联时换热器左右排列，空气同时经过中冷器、机油冷却器和水散热器。•如空间不足，则可能采取中冷器、机油冷却器并联，再与散热器串联的方式。4.环境温度与进风温度•如风扇选用吸风方式，空气直接从外界进入，则：环境温度是各换热器的进风温度。•如风扇选用吹风方式，空气经过发动机外表会吸收热量，温度高于环境温度。各换热器进风温度会有所提高。5.空气流量及风阻•散热器、中冷器、油冷器并联后置于某一流场中，当气流达到稳定时，空气流量与风阻的关系类似于并联电阻时电流与电压的关系，即：它们的风阻相等，且与风扇静压相同，总的空气流量是通过各个换热装置空气流量之和。•I=I1+I2+I3空气流量：v=va+vw+vo•V=V1=V2=V3风阻：P=Pa=Pw=Po6.风扇曲线的选择•如风扇由发动机驱动，根据速比计算最大功率点和最大扭矩点时的风扇转速，确定需转换的风扇体积风速-静压曲线极端情况下，考虑发动机110%负荷时或超速10%时的风扇转速，调用体积风速-静压曲线。。•如风扇转速与计算值有差异时，可用两邻的两条曲线按插值法作出需要的曲线。•如风扇由电机或液压马达驱动，则选用电机或液压马达达到最高转速时的体积风速-静压曲线。7.风扇曲线的转换•我们假定风扇驱动空气全部通过了换热器。•风扇体积风速-静压曲线是在常温下测得，而换热器设计考虑的是极端环境条件，温度上升必然导致空气密度下降。•根据环境温度和换热器正面面积之和进行计算，将选定的风扇体积风速-静压曲线转换成重量风速-静压曲线。8.寻找平衡点•做一等高线，与各换热器的重量风速-风阻曲线及风扇重量风速-静压曲线相交，得到一组交点O，此时，风扇静压与风阻相等，分别计算通过散热器、中冷器、油冷器的风量，各换热器风量之和应与风扇风量相等。•如风量之和大于风扇风量，降低等高线位置，按前述方式重新计算，直到风量相等。调整前：V1+V2+V3＞V调整后：V’1+V’2+V’3=V做等高线下图依次是风扇静压—风量曲线、散热器重量风速—风阻曲线、中冷器重量风速—风阻曲线和油冷器重量风速—风阻曲线。风扇散热器中冷器油冷器POO1O2O3P‘O’O’!O’2O’30VV”V”1V1V”2V2V”3V38.继续寻找平衡点•如风量之和小于风扇风量，抬高等高线位置，按前述方式重新计算，直到风量相等。•此时各换热器的散热系数，就是它所具备的散热能力。用Uw来表述。9.热量的平衡•发动机散发的热量被强制通过散热器的空气完全吸收，则：Qw=Qa。•根据公式Qw=Gw·Cpw·（Tw1-Tw2）计算出水温度Tw2。Gw——水流量Cpw——水的比热容•根据公式Qa=Ga·Cpa·（Ta2-Ta1）计算出风温度Ta2。Ga——空气流量Cpa——空气的比热容10.平均温差•散热器散发热量，水温会逐渐下降；经过散热器的空气吸收热量，温度会逐渐上升，各点的气水温差都不一样。•算数平均温差：ΔTrm≈[（Tw1+Tw2）-（Ta1+Ta2）]2•对数平均温差：ΔTrm=[（Tw1-Ta2）-（Tw2-Ta1）]ln[（Tw1-Ta2）/（Tw2-Ta1）]气水（液气）温差分布图温差（Tw1-Ta1）Tw1（Tw1-Ta2）温差进水Ta1Ta2进气出气出水温差（Tw2-Ta1）Tw2（Tw2-Ta2）温差11.气水当量•计算气水当量，它们的值对液气平均温差的实际值有很大的影响。•P=（Ta2-Ta1）/（Tw1-Ta1），•R=（Tw1-Tw2）/（Ta2-Ta1），12.修正系数•根据P、R值查找对数平均温差的修正系数Ft。•如P、R值均较小，或芯体厚度较小（≤50mm），可视Ft≈1。•修正后的气水平均温差：ΔTm=Ft·ΔTrm13.散热器的散热系数计算•带入散热量、进出水温、进出气温、散热面积、流量等参数，算出热平衡时的散热系数，Ur=Qw/（S*ΔTm），其中：S——散热器管、带散热面积之和m2Qw——散热量kw14.散热器散热系数的比较•散热器本身具备的散热系数Ur已通过前面的做图法找出。•计算所得的散热系数Uw应小于Ur15%以上，保证散热性能有一定的储备。15.中冷器散热系数计算、比较•中冷器散热系数的计算与散热器散热系数的计算方法基本相同，由于中冷器进气温度比环境温度高得多，空气当量中的P、R值均较小，可视Ft≈1。•中冷器计算所得的散热系数与中冷器所具备的散热系数的比较，也与散热器的相同。16.油冷器散热系数计算、比较•油冷器散热系数的计算与散热器散热系数的计算方法相同。•特例：板翅式油冷器的散热管内有既增加强度也提高油换热效率的内翅片，它的面积大小，明显影响整个换热器的效率，因此它的面积也被计入散热面积内。17.重新计算•如计算所得散热系数有的达不到上述要求，有的超出要求，在不改变总的正面面积的前提下，应通过调整各个换热器正面的方式调整散热面积，重新寻找平衡点来重新计算。•如不改变总的正面面积达不到要求，可调高正面面积并重新分配，重复步骤1~16。•如正面面积不可调整，可调整个别或全部散热管带规格再重复步骤1~16。•这是一个痛苦的过程，需反复地画等高线来找平衡点。18.油冷器、中冷器的特殊性•通过调整油冷器的油流量，可显著提高油冷器的散热性能，但同时油冷器承受的压力也显著提高。不得已时可考虑此方案。•通过改变中冷器散热管的形式，如将普通的口琴管改为内翅片管，加大内部散热面积也可显著提高中冷器的散热性能，但同时中冷器的内压降也显著提高。U型循环时，不建议采用此方案。19.进入图纸设计阶段•计算结果1.30≥Ur／Uw≥1.15包括中冷器、油冷器在内，各个换热器的计算结果均应满足此条件。•参数设计满足要求，可以进入图纸设计阶段。