1、工程機械熱管理系統設計方法探索 1熱平衡分析 熱平衡狀態下，各處溫度保持恒定不變，各系統的吸、放熱量相等。(1)發動機冷卻系統Q0Q1P1，式中：Q0為冷卻液通過發動機時的吸熱量；Q1為冷卻液通過水箱散熱器時的放熱量；P1為水箱散熱器的換熱量。(2)液力傳動散熱系統Q21P2，式中：Q21為液力油通過液力散熱器時的放熱量；P2為液力散熱器的換熱量。Q21+Q22Q2，其中Q22KdiAditdi。式中：Q22為液力系統油箱、變速箱和輸油管路等表面的放熱量；Q2為液力變矩器的液力損失；Kdi、Adi和tdi分離為液力系統油箱、變速箱和輸油管路等表面的散熱系數、外表面面積和油與環境的溫度差。(3)

2、液壓傳動散熱系統Q31P3，式中：Q31為液壓油通過液壓散熱器時的放熱量；P3為液壓散熱器的換熱量。Q31+Q32Q3，式中：Q3為液壓系統的能量損失；Q32為液壓系統油箱、液壓缸和輸油管路等表面的放熱量。(4)冷卻風散熱系統Q4Q1+Q21+Q31P1+P2+P3，式中：Q4為空氣通過散熱器組時的吸熱量。雖然傳統設計方法存在對細節考慮不足的缺點，但其具有對問題表達便利以及計算過程容易等優點，對某些問題也不失精確性，故仍作為設計和研究熱交換系統的基本方法，具有較大的使用價值。 2實驗研究 實驗研究是利用先進的物理實驗技術，對實際熱管理系統關鍵部位的主要工作參數舉行測量分析。任何理論計算方法都是

3、建立在某些假定條件上的抽象方法，都有其適用范圍，偏離了其適用范圍，計算結果就會產生較大偏差。因為流體傳熱問題的復雜性，人們目前對某些方面的認知還不夠深化和精確，實驗研究仍是不行缺少的手段。實驗測試系統結構如圖1所示584,88720。 3流場的數值模擬分析 工程機械主要利用流體來完成傳熱，流淌特征對傳熱效果和能量損失有著較大影響，合理設計流道是十分須要的。隨著計算流體動力學(CFD)技術在傳熱方面應用的不斷深化，利用數值模擬計算分析流場，可獵取大量的流淌細節數據，有利于分析產生不良性能的緣由。可利用CFD技術對冷卻風流場、散熱器中流體流淌及傳熱特性、發動機冷卻水腔內部流淌、液力變矩器以及液壓元

4、件內部流淌等舉行分析。引入CFD技術可彌補傳統設計方法的不足，并降低開辟成本和縮短開辟周期，它已成為國內外自主創新和自主設計的重要技術支持之一5864720,501。例如冷卻風流道由機罩、發動機、導風罩、風扇和散熱器組構成，其中流淌比較復雜，不同部位流態差別也較大。在設計機罩、導風罩和風扇等時，可以借助CFD軟件對流場舉行數值模擬分析，由此對上述部件的結構樣子舉行優化改進。利用冷卻風流場的數值模擬結果，還可以計算出冷卻風的平均集總參數，用于對整機熱管理系統的計算機仿真分析10-1112092802-6。 3.1流場數值模擬分析 對流場舉行數值模擬分析主要包括建立計算域、計算域網格劃分、流場數值

5、模擬計算和計算結果分析。目前常用的CFD軟件有Fluent、STAR-CD和CFX等，由此舉行數值模擬計算大多可以得到比較滿足的結果，其中精確設定流體密度和黏度等物性參數以及邊界條件是獲得精確計算結果的關鍵7507。計算結果分析包括以下內容。(1)流場分析觀看分析流速及壓強等物理量的大小及分布特點，分析流場中渦流、滯流、回流、卡門渦列等流淌特征的位置和強度，分析它們對工作性能的影響。(2)典型斷面主要參數的分析利用流場模擬計算結果，可計算出平均流速、平均壓強、流量和阻力等參數，進而可計算出流速系數和阻力系數等參數。據此分析流淌參數與流道幾何結構、尺寸以及工作參數之間的互相影響，為設計高性能產品

6、供應有價值的建議。 3.2裝載機冷卻風流道的分析 針對XG953型裝載機，利用CFD技術計算了原結構和幾個改進方案的冷卻風流場。重點從流速場、壓力場、流量和風阻4個方面舉行比較分析，由此提出改善散熱效果的措施：封堵或盡量減小散熱器周圍的間隙，避開熱風回流；機罩后部靠頂部處開出風口，以保證熱風排出順暢；進風口采用風阻較小的網狀結構，其位置盡量逼近風扇進口，以減小進風風阻。采用前兩個措施后，可增強冷卻風有效流量約15.2%。采用某一改進方案，在高速跑車工況下，裝載機機罩出口冷卻風速度分布如圖2所示。將機罩出口冷卻風速度的計算值與實驗測量值比較發覺，計算值與實驗測量值基本臨近，表明采用數值分析方法能

7、很好地解決實際問題。 4計算機仿真 工程機械熱管理系統由多個子系統組成，實際工作中它們之間互相影響，單純依賴傳統計算分析方法，不易設計出整體性能良好的熱管理系統。因此，借助先進的計算機系統仿真技術，對整機熱管理系統的工作特性舉行模擬計算，無疑是解決這種復雜問題的有效手段。利用計算機仿真技術，可以計算出系統中各個部位的溫度、壓力和流量等參數的靜態和動態特性，可以分析各參數對各子系統的影響以及各參數對系統性能的影響，有助于人們對系統更直觀、更全面、更深化的認知，彌補傳統計算方法和實驗的不足。可用于該方面的仿真軟件有EASY5、Flowmaster、MATLAB/Simulink和20-sim等14

8、。 4.1XG953型裝載機散熱系統仿真模型 筆者利用EASY5軟件構建了改進后的XG953型裝載機散熱系統仿真模型，散熱系統包括發動機散熱、液力傳動系統散熱、液壓系統散熱和冷卻風4個子系統，如圖3所示。 4.2仿真結果分析 在36環境溫度下，對裝載機在高速跑車工況下的熱平衡狀態舉行了仿真計算與實驗測試，結果基本吻合(如表1和表2所列)。其中發動機冷卻水和液力傳動冷卻油的熱平衡仿真曲線如圖4所示。 5結語 在工程機械熱管理系統設計與研究中，集總參數計算分析主要是基于流體力學和傳熱學中的束流理論，計算分析平均流速、壓力、溫度、流量和換熱量等參數；實驗研究是利用物理實驗技術，對實際系統的主要工作參數舉行測量分析；流場數值模擬分析是利用計算流體動力學技術，計算系統中零部件的內部流場，分析流淌特征，研究流淌參數與流道幾何結構、尺寸以及性能參數之間的關系；系統的計算機仿真分析是對整機熱管理系統的工作特性舉行模擬計算，研究工作參數與系統性能的關系。采用整體系統設計與研究思想，將集總參數計算分析、實驗研究、流場數值模擬分析和系統的計算機仿真分析有機地結合起來，建立一套比較完備