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1、汽车散热器材料应用的分析【】散热器是汽车发动机冷却系统中起核心作用的部件。散热器性能的好坏直接影响汽车发动机的散热效果,进而对汽车的动力性、经济性和可靠性会产生很大影响。 【关键词】汽车散热器;材料应用 汽车发动机大多采用强制循环式水冷系统。散热器是汽车发动机冷却系统中起核心作用的部件。散热器性能的好坏直接影响汽车发动机的散热效果,进而对汽车的动力性、经济性和可靠性会产生很大影响。随着汽车发动机性能的不断强化,热负荷愈来愈高,对冷却系统的要求也越来越高,人们对包括散热器在内的发动机冷却系统的研究愈加重视,新技术、新材料不断涌现,在保证散热器具有
2、足够散热能力和强度的前提下,体积更小、重量更轻、散热效率更高成了散热器发展的必然趋势。 １．散热器结构型式及其对材料要求 散热器由冷却用的散热器芯部、进水室和出水室三部分组成。冷却液在散热器芯内流动,空气从散热器芯外高速流过,冷却液和空气通过散热器芯部进行热量交换。理想的散热器应具有尺寸小、重量轻、制造工艺简单、结构可靠耐久、散热性能好、风阻小等优点。 1.1散热器及其芯部的结构型式 汽车散热器的结构型式可分为直流型和横流型两大类。直流型散热器的进出水室分别位于散热器芯部的上下方,由于散热器芯部垂直布置,因而高度尺寸较大。直流型散热器是大多数汽
3、车发动机采用的型式,如桑塔纳1.8L、奥迪1.8L、富康1.36L等轿车发动机均采用了直流型散热器。横流型散热器采用散热器芯部水平布置,用左右两侧的水室替代上下结构的水室,冷却液水平流动。这种散热器水平尺寸大,在一些发动机罩盖较低的车型上应用,如国产依维柯轻型车等。 散热器芯部应具有足够的通流面积,让冷却液通过;同时也应具备足够的空气通流面积,让足量的空气通过以带走冷却液传给散热器的热量;还必须具有足够的散热面积,来完成冷却液、空气和散热片之间的热量交换。因此,散热器芯部是散热器不可缺少的核心部件,起主要的散热作用。 散热器芯部的结构型式主要有管片
4、式和管带式两大类。 管片式散热器芯部是由许多细的冷却管和散热片构成,冷却管大多采用扁圆形截面,以减小空气阻力,增加传热面积。据测算,扁圆铝管的散热效率可比圆铝管提高20%~25%。为了强化冷却效果,在冷却管外套上布置了许多金属散热片,以增加空气传热面积和提高散热器本身的刚度和强度。管片式散热器散热面积大、气流阻力小、结构刚度好和承压能力强,但制造工艺比较复杂,多用于工况较差的载重车辆及工程机械上。 管带式散热器是由波纹状散热带和冷却管相间排列经焊接而成。与管片式散热器相比,管带式散热器在同样的条件下,散热面积可以增加12%左右。另外,散热带上开有扰
5、动气流的类似百叶窗的孔,以破坏流动空气在散热带表面上的附着层,提高散热能力。开百叶窗波状带的散热器传热效率同普通平片散热片相比可提高160%。由于这种形式的散热效果好,便于制造,质量轻,故被广泛采用,但其结构强度和刚度不如管片式,多用于轿车及轻型车辆上。 1.2散热器对材料的要求 散热系数是评价散热器散热性能优劣的重要参数,影响因素众多,其中散热器材料的导热性能和焊接质量对其影响很大。提高散热系数可以改善散热效能,使散热器以较小的尺寸和质量达到上佳的散热效果。因此,导热性能对散热器材料至关重要。 散热器的工作条件恶劣,一般位于汽车前端迎风处,不仅
6、要经受风吹雨淋和汽车排出的废气以及沙土、泥浆的污染,而且还要承受反复的热循环和周期性振动。另外,散热器内长期流动着冷却液,其中可能混有腐蚀性及有害的成分,对散热器有锈蚀及腐蚀作用。因此,为保证散热器可靠的发挥散热作用,对散热器材料性能有如下要求: (1)具有良好的导热性能。 (2)具有一定的强度和较强的耐腐蚀性。 (3)良好的加工性能及钎焊性能。 (4)良好的经济性。 2.常用散热材料 目前,常用的散热器材料主要有铜、铝和工程塑料等。 2.1铜 铜是重要的有色金属,也是导热性最好的金属材料,具有优良的成型加工性、可钎焊性和耐蚀性,长期以
7、来一直作为汽车散热器的首选材料。铜的资源问题和价格问题一直是困扰铜散热器应用的主要原因。铜在工业上应用极为广泛。随着工业的不断发展,铜的消耗量日益增加,但因铜储量有限,随着消耗量的不断上升,价格居高不下,因而铜散热器的成本一直难以大幅下降。 2.2铝 随着汽车技术的发展,节约能源和环境保护等方面的原因对汽车轻量化的要求越来越迫切。汽车材料的发展趋势是轻量化、高性能和强功能,散热器材料也是这样。人们一直在寻找价格低廉、性能优良的材料来取代铜。近十几年来,散热器新材料的应用有了很大的进展,尤其是在铝散热器方面发展速度很快。 铝是汽车工业使用较多的金属
8、材料,也是汽车轻量化的首选材料。铝的最大优势是质量轻,比重仅为铜的三分之一,相同体积情况下,质
