某型号皮卡汽车散热器优化设计.pdf

某型号皮卡汽车散热器优化设计郭 松(贵州永红散热器有限责任公司贵州 贵阳)摘 要:针对某型号皮卡汽车在夏季时容易出现怠速工况下发动机冷却不足现象进行分析对汽车散热器进行了优化设计通过提高冷却液流速的方法使散热器在发动机怠速工况下的性能得到提升从而满足发动机的散热需求关键词:皮卡汽车 散热器 优化中图分类号:.文献标识码:文章编号:():.:引言发动机冷却系统的作用是使发动机运行时维持在最佳的工作温度以使其获得最大的经济性和动力性 若系统出现冷却不足会造成发动机过热影响发动机的正常工作状态从而使发动机寿命减少甚至造成发动机损坏 而散热器是发动机冷却系统中的关键部件在发动机运行时对流经其中的冷却液降温完成防冻液与外界空气之间的热交换以确保发动机正常工作 本文通过对某型号皮卡汽车散热器进行优化解决了该型号皮卡汽车在夏季时怠速工况下易出现发动机防冻液温度过高报警和空调无法使用的问题 故障原因分析.整车台架测试数据将整车在试验台上按照怠速、低速行驶和高速行驶 个速度工况进行测试每个速度工况下空调开启和关闭各测试 记录发动机水温情况表 整车台架试验数据车速/(/)空调状态环境温度/发动机水温/发动机转速/(/)水泵流量/(/)备注怠速关.水温报警开.水温报警 时空调强制关闭关.水温偏高开.水温偏高关.水温正常开.水温正常.试验数据分析从以上试验结果可以发现故障现象主要发生在汽车怠速及低速行驶时 根据故障现象及发动机的运行特性可初步判定冷却水温度偏高的原因为:怠速时汽车处于静止状态发动机以/左右的低转速运行散热器的冷却空气全部靠发动机上自带的机械风扇提供由于风扇所提供的风量受到发动机转速限制导致冷却风量不足另外水泵的流量和扬程也受到发动机转速限制在怠速时水泵的流量和扬程达到最小从而导致了散热器散热功率的不足 另外当开启空调时压缩机靠汽车发动机驱动也增加了发动机的负荷空调开启时冷凝器工作由于冷凝器位于散热器的前部外部冷却空气经过冷凝器进行热交换后温度有所上升使散热器空气入口处的温度升高导致散热器效率下降无法满足发动机散热需求因此系统强制关闭空调以降低空气入口温度为发动机提供散热低速行驶阶段 发动机转速一般在/左右其功率相比怠速时有较大的提高发动机的热负荷也随之相应增加 此时发动机的冷却空气主要靠汽车行驶时前部的迎面风量迎面风量又取决于汽车的行驶速度、汽车前部的格栅面积和形状等在汽车高速时发动机转速达到 /左右虽然发动机的热负荷增大但此时水泵的流量和扬程也随着发动机转速的增加而有了大幅提升汽车行驶时迎面的风量也达到了最大散热器处于最佳工作状态所以在高速行驶时未出现水温增高的现象综上所述要排除故障现象主要是解决发动机在低速状态下的散热问题提高发动机在低速运行时的散热量 提出两种解决方案:提高水泵流量或风扇风量以求在低速时获得更好的散热效果提高散热器的工作效率对原有散热器进行设计优化由于对发动机水泵及风扇参数的修改涉及到整个发动机系统的设计会影响到整个发动机的工作性能 而发动机整机和冷却系统的变化会导致工作量巨大 因此将解决方案确定为对散热器进行设计优化提高其在低速状态下的工作性能 散热器优化.原车散热器分析对原车散热器进行拆车分析原车所装配的散热器为铝塑结构散热芯体为铝质管带式结构纵流式其结构参数见表 通过对原车散热器进行分析认为由于原车在高速运行状态时散热器未出现异常故初步认定该散热器在低速状态的散热效果不好是由于发动机在表 原车散热器结构参数表结 构参 数芯体尺寸(长宽厚)/散热管(宽度高度壁厚)/.散热管数量/根(双排)散热带(宽度波高波距料厚)/.迎风面积/.散热面积/.水侧净流通面积/低速运行时水泵流量受到发动机的转速影响导致实际流经散热器的冷却液流量减少流速也相应降低冷却液在散热管内的流动形式为层流状态不利于换热散热管内冷却液的平均流速:()式中:冷却液流量 散热器净流通面积散热管的当量直径:()式中:散热管流通截面长轴尺寸 散热管流通截面短轴尺寸发动机怠速状态下原车散热器内水流雷诺数的计算:()式中:散热管的当量直径 冷却液在散热管内的流速 冷却液密度 冷却液的粘度系数经计算发动机怠速状态下原车散热器内流体雷诺数为 说明此时散热管内冷却水的流动状态为标准层流(时为层流)从以上分析可以知道要想提高散热器在发动机低速运行状态下的散热量就必须对散热器的水侧进行加强改变冷却水在散热管内的层流状态一般来说对散热器的水侧进行加强主要有以下几种方法:提高冷却水在散热管内的流速在散热管内加装扰流条(丝)或在散热管的壁面增加凹坑破坏管内流体附面层以起到扰流效果 考虑到散热器的生产工艺及产品的经济性在散热管内加装扰流条(丝)不仅增加了工序使生产效率降低而且会使产品的制造成本增加而壁面有凹坑的散热管需专门订制成本又高于普通散热管综合以上因素提高散热管内冷却水的流速的方法相对简单即在冷却液流量不变的情况下适当降低散热管的流通面积.散热器优化方案根据以上的技术分析提出了一项该散热器的优化方案其与原车散热器的技术参数比较见表 表 散热器方案对比技术参数优化方案原散热器芯体尺寸(长宽厚)/.散热管(宽高度壁厚)/.散热管数量/根(单排)(双排)散热带(宽高波距料厚)/.迎风面积/.散热面积/.水侧净流通面积/芯体重量(不含主片和侧板)/.从表 可以看出优化后的方案与原散热器相比不仅散热面积有所提升而且芯体的重量有大幅降低具有较好的经济性经计算优化方案的水侧雷诺数为 此时冷却液在散热器内的流动状态为过渡流 这说明:经过优化的散热器其水侧得到了加强冷却液在散热管内的流速增加附面层的厚度降低传热阻力减小从而使散热器的换热效率得到提高 散热器优化方案的验证发动机怠速时冷却系统的散热量:()式中:标定工况下冷却水散热率 标定工况下燃料消耗率 标定工况下内燃机功率发动机燃料低热值经计算发动机怠速时冷却系统的散热量为.根据优化后的散热器方案制作散热器样品如图 所示 对制作的散热器样品和原车散热进行散热器性能对比测试进行散热器的阻力及换热量测试测试条件比照整车测试时的条件如图 所示测试条件及对比测试结果见表 图 优化后的散热器样品 图 散热器性能测试 表 散热器性能测试结果项 目散热量/防冻液阻力/空气阻力/优化方案样件.原散热器.注:测试条件:液气温差 防冻液流量:/空气流量:/通过对散热器性能测试结果与计算得到的发动机怠速时的散热量进行对比原散热器的散热量比发动机怠速时的散热量低了.而按照优化方案制作的散热器样件的散热量比发动机怠速时的散热量高了.能够满足发动机怠速运转时的散热需求 同时也对不同流量和液气温差下散热器的性能进行了对比测试优化方案样件的性能均优于原散热器 结论本优化方案只是从提高散热管内冷却介质的流速上对原车散热器进行了优化对散热器的芯体进行减薄使其性能在较原散热器有所提升的基础上降低了产品重量使产品的成本有所降低 但是本优化方案最直接的负面影响就是散热器内部阻力的增加进而使发动机水泵的泵耗功率上升 通过对相关资料的查阅以及优化方案的样件在实车上的测试来看泵耗功率的增加幅度只是一个很小的范围占发动机有效功率的比例很低可忽略不计 另外散热器作为车辆冷却系统中的一个部件其阻力值在整个车辆冷却系统中所占比例较小(发动机冷却系统中包含了水泵、管路、接头、水套、节温器等多种零部件)因此散热器阻力的有限变化不会对整个冷却系统造成影响 钻头恒扭矩工具工作特性分析易先中夏广坤陈 霖贺育贤(.长江大学 机械工程学院湖北 荆州.湖北省智能油气钻釆装备企校联合创新中心湖北 荆州)摘 要:针对依靠经验制造的恒扭矩工具的螺旋组件无法保证在不均匀地层中的工作性能 通过对螺旋组件进行受力分析建立了恒扭矩工具内芯的微分运动方程 使用仿真软件对钻头端所受不同频率冲击扭矩进行仿真分析同时改变螺旋内芯的螺纹导程、螺纹中径进行仿真分析 螺旋组件的螺纹导程为 和 时钻柱底部峰值较小螺纹导程为 时扭矩变化率为.螺纹导程为 时扭矩的变化率为负.螺纹升角影响启动扭矩的大小随着螺纹升角的增大启动扭矩也在增大螺纹升角在.之间取值时对扭矩偏离比的影响很大 恒扭矩工具结构参数工作特性研究对恒扭矩工具设计、使用有一定意义关键词:恒扭矩 螺旋组件 粘滑振动 动力学仿真中图分类号:文献标识码:文章编号:():.:参考文献 杨连生.内燃机设计.北京:中国农业机械出版社.秦有方陈士尧王文波.车辆内燃机原理.北京:北京理工大学出版社.杨世铭.传热学.北京:高等教育出版社.周昆颖.紧凑换热器.北京:中国石化出版社.姚仲鹏王新国.车辆冷却传热.北京:北京理工大学出版社.作者简介:郭松()男辽宁省沈阳市人高级工程师研究方向:各类热交换器产品研发收稿日期: