1、第20卷 第4期黃 石 高 等 專 科 學 校 學 報Vol. 20 No. 42004年8月JOURNAL OF HUANGSHI POLYTEC HNIC COLLE GE Aug 2004汽車發動機散熱器散熱面積的計算黃新明 華文林(黃石高等專科學校機械與動力工程系, 湖北黃石435003摘 要:介紹了散熱器的作用及其構造, 闡述了散熱器散熱效果的調節方法, 推導出了散熱器散熱面積的計算公式。關鍵詞:散熱器; 冷卻; 散熱面積中圖分類號:U270 38+4 文獻標識碼:A 文章編號:1008-8245(2004 04-0037-03The Calculation to Heat -tra

2、nsfer Areaof Automobile Engine s RadiatorHuang Xinming Hua Wenlin(Department of Mechanic and Dynamic Engineeri ng ,Huangshi Polytechnic College,Huan gshi Hubei 435003 Abstract:This paper introduces the function and constructure of radiator, and discusses the regulating method of radiator s heat-tran

3、sfer effect, then deduces the calculation equation of radiator s heat-transfer area . Keywords:radiator; cool; heat-tranfer area熱器2、風扇4、水泵5、節溫器6、進水管及出水管1 散熱器的作用如圖1所示, 汽車發動機冷卻循環系統由散等組成。冷卻系統的作用是:疏散發動機各零件的熱量, 使這些零件的溫度保持在發動機正常工作所許可的范圍內。因發動機工作時, 燃料燃燒收稿日期:2004-01-28作者簡介:黃新明(1963 , 男, 湖北黃石人, 工程師, 主要從事機械產品的

4、設計與制造工作。參考文獻1 羅曼諾夫斯基(蘇 冷壓手冊M 北京:中國工業出版社, 19652 李碩本 盒形件的沖壓變形分析J 電子工藝技術, 1983(23 王孝培 沖壓手冊M 北京:機械工業出版社, 20004 于連仲 高方盒形件多次拉深工藝過程的確定D 全國第一次沖壓學術會議論文集, 19855 中川威雄著, 郭青山譯 板料沖壓加工M 天津:天津科學技術出版社, 1982(責任編輯:李明喜38 黃 石 高 等 專 科 學 校 學 報 2004年所產生的熱量一部分轉變為有用的機械功, 輸出功率; 另一部分則使發動機中直接與燃氣接觸的零件(如活塞、氣缸、氣缸蓋和進排氣門等 強烈加熱。如這些零件

5、長時間的過熱和不均勻受熱, 將使材料的機械性能下降, 破壞了機件間的正常間隙, 并使潤滑油高溫分解或燒掉, 失去潤滑能力, 引起零件加速磨損, 甚至卡死等嚴重事故。散熱器是汽車發動機冷卻循環系統中的一個重要部件, 其作用是將由冷卻循環水帶出的發動機各零件的熱量散發到空氣中, 其質量直接影響著汽車發動機冷卻循環系統的性能指標 。圖2 散熱器1 主 片 2 上水室 3 加水口蓋 4 冷卻管 5 散熱帶 6 支 架 7 下水室 8 側 板 9 附側板3 散熱器散熱效果的調節發動機的冷卻必須適度。若冷卻強度不足, 將出現過熱現象, 水箱中的水溫將升至沸點, 水蒸氣大量蒸發, 發動機的熱效率低, 油耗大

6、, 同時, 發圖1 發動機循環式水冷系示意圖1 百葉窗 2 散熱器 3 加水口蓋 4 風 扇 5 水 泵 6 節溫器 7 水溫表 8 水 套 9 分水管 10 放水閥動機的零件也會因潤滑不良而加速磨損。若冷卻強度過強, 將出現過冷現象, 一方面由于熱量散失過多, 使轉變成有用功的熱量減少, 另一方面, 由于混合氣體與冷氣缸壁接觸而凝結并流到曲軸箱內, 不僅增加了燃油消耗, 且使機油變稀而影響潤滑, 結果也將使發動機功率下降, 磨損加劇。在氣缸蓋內的冷卻水溫為8090! 之間時, 散熱器與發動機匹配最好。使用條件(如汽車速度、負荷和環境溫度等 對散熱器的散熱效果有很大的影響。為使散熱器與發動機很

7、好地匹配, 可以改變通過散熱器的空氣流量和改變通過散熱器的冷卻水流量的方法來調節冷卻強度。通常利用百頁窗和各種自動風扇來實現改變通過散熱器的空氣流量, 而使用節溫器或者支路循環來控制通過散熱器冷卻水的流量。2 散熱器的構造散熱器的構造如圖2所示。其主要組成部分為上水室2、下水室7、加水口蓋3、側板8、支架6和散熱器芯。在上、下水室上分別焊有進、出水管, 以便于與進、出水軟管聯接, 在上水室上還焊有加水口管, 用于向散熱器中注入冷卻水, 平時管口用加水口蓋蓋住, 在下水室上通常都裝有放水閥門。側板加強了散熱器的強度, 又將用于與外部連接的支架與其它構件連為一體。散熱器芯是散熱器的核心部件, 是散

8、熱器的主要散熱元件。散熱器芯的構造型式有多種, 但管帶式散熱器芯以其散熱能力強、制造工藝簡單、質量小、成本低等優點而得以廣泛地應用。如圖2所示, 管帶式散熱器芯是由波紋狀的散熱帶5與冷卻管4相間排列著, 冷卻管的兩端分別插入上、下水室主片1的扁孔中, 外側的散熱帶被兩片附側板9所夾持經釬焊而成 。4 散熱器散熱面積的計算設計散熱器時一般是根據發動機在某一常用工況下能得到可靠的冷卻而設計。散熱器的散熱面積是散熱器的一個主要技術指標, 它對散熱器的散熱效果有著至關重要的影響, 在散熱器的的, 對積都確 第4期 黃新明 華文林:汽車發動機散熱器散熱面積的計算39求。其中:S 散熱器散熱面積, 單位:

9、m 2; k散熱面積系數, 對大水箱:k=1. 1, 對小水箱:k=1. 05;a 冷卻管長度, 單位:mm; b 冷卻管寬度, 單位:mm; L 主片間距, 單位:mm; m 冷卻管排數; n 冷卻管層數;A 散熱帶峰值, 單位:mm; B 散熱帶寬度, 單位:mm; Z 散熱帶波峰數。散熱帶寬度為標準值, 其值如下:圖3 冷卻管與散熱帶特征一排管散熱器B=16mm, 二排管散熱器B=32mm,三排管散熱器B=49mm, 四排管散熱器B=66mm,冷卻管的尺寸已標準化, 散熱帶的峰值為減少工裝設備的品種數量也做成了標準尺寸。我們選用的標準:冷卻管外形尺寸a b=13mm 2. 1mm, 散熱

10、帶峰值A =10mm, 則散熱器的散熱面積計算公式為:S=k28. 4(L +68 m n+40B Z(n+1 /106散熱器的散熱面積由散熱帶的散熱面積(雙面 、冷卻管的散熱面積、上、下水室及其主片以及附側板的散熱面積等組成。由于附側板的材料為08F 鋼板, 其導熱性較散熱帶和冷卻管的材料紫銅差很多, 又由于附側板和上、下水室及其主片的面積占整個散熱器的散熱面積的比例很小, 計算又復雜, 所以在實際計算散熱器的散熱面積時只計算散熱帶和冷卻管的散熱面積, 而后給一修正系數對其值進行修正, 以使計算數據與實際情況更相符。如圖3所示, 冷卻管橫截面的外側周長為:2(a-b + b, 由于上、下主片

11、均向水室方向凹進去34mm, 則暴露在空氣中的冷卻管長度如圖2所示為:L +68mm, 所以, 單根冷卻管的散熱面積為:2(a-b + b(L+68 ; 波紋狀的散熱帶為充分利用空間, 增加散熱面積, 波紋做的很密, 則散熱帶的折角很小, 一折散熱帶的長度近似于散熱帶的峰值A , 如圖3所示, 對波峰數為Z 寬度為B 的散熱帶, 其展開長度為:2AZ (兩折散熱帶形成一個波峰 , 散熱面積(雙面 為:4ABZ, 對m 排n 層冷卻管散熱器, 共有m n 根冷卻管, n+1條散熱帶, 散熱器的散熱面積由下式計算:S=k2(a-b + b(L +68 m n+4A B Z (n+1 /1065 結束語在生產實踐中, 根據客戶提供的散熱器散熱面積要求及安裝條件, 在確定了冷卻管排數