10 风冷系统设计

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1、重庆工学院毕业论文冷却系统设计10冷却系统设计发动机运转时，与高温燃气相接触的零件受到强烈的加热，如果不加以适当的冷却，会使内燃机过热，充气系数下降，燃烧不正常（爆燃、早燃），机油变质和烧损，零件的摩擦和磨损加剧，引起发动机的动力性、经济性、可靠性和耐久性全面恶化。经发动机冷却系带走的热量大约占燃料总热量的25%～30%左右。发动机的冷却系根据所用冷却介质不同，分为风冷发动机和水冷发动机。摩托车发动机采用风冷式的的居多，这使得发动机结构简单、质量轻，使用和维修方便，避免了水冷式常见的故障，工作较为可靠，同时有起动快、暖机快、气缸磨损量小的优点。综上所述，本设计采用自然

2、风冷式。10.1风冷发动机的散热与散热片在风冷发动机中，由气缸内燃气向外界冷却空气的传热过程是一个很复杂的过程，为计算方便，可将这一过程分为三个阶段：1）从燃气向气缸内壁的传热；2）从气缸内壁向外壁的导热；3）从气缸外壁向冷却空气的传热。10.1.1从燃气向气缸内壁的传热发动机气缸内的传热是一个复杂的过程。在进气过程中进入气缸内的可燃混合气，温度低于缸壁的温度，这时气缸壁面将热量传给可燃混合气。随着缸内混合气被压缩，其温度不断上升，开始由混合气向壁面放热，由于混合气在气缸中的运动，这一过程是一个复杂的对流换热过程。在燃烧过程中产生的高温燃气，这时除了对流放热外，还有气

3、体辐射和火焰辐射，形成了更为复杂的燃气向气缸内壁的放热过程。膨胀过程和排气过程中，由于燃气温度较高，都是由燃气向气缸壁放热。发动机气缸内的传热是对流换热和辐射换热的周期变化的过程。在每一个工作循环内，工质向气缸壁的传热量可用下式表示：式中——辐射放热系数；——接触放热系数；——工质瞬时温度；重庆工学院毕业论文冷却系统设计——缸壁表面温度；F0——与工质接触的缸壁面积。放热系数与工质的速度、压力、温度以及壁面形状和温度等因素有关。可用下列经验公式进行近似计算：式中p——燃气瞬时压力；ta——冷却空气温度；Cm——活塞平均速度。10.1.2从气缸内壁向外壁的导热燃气向气缸

4、内壁传热量，其方向与温度下降的方向是一致的。假设沿气缸高度和圆周方向都具有相同的温度，则热流具有径向的方向。但是，温度无论从高度和圆周均不相等。由于这种关系，其热流量实际上比赛径向的，而是由三个分量组成，即径向热流、轴向热流和切向热流。在一般情况下，后二分量不大，两者相加为颈项分量的1/5～1/10。因此，在大多数情况下，可以略去不计。当气缸的外径与内径之比小于2时，则缸壁曲率的影响可以忽略不计，就可以根据平壁导热公式计算由气缸内壁向外壁所传导的热量。式中——壁厚。10.1.3从气缸外壁向冷却空气的传热当没有散热片时，从气缸外壁向外传给冷却空气的热量为：式中——气缸外

5、壁向冷却空气的放热系数；——气缸外部冷却空气的温度。10.1.4从气缸内燃气向气缸外冷却空气的总传热从气缸内燃气向气缸外冷却空气的总传热量为：重庆工学院毕业论文冷却系统设计、、分别为气缸壁的传热热阻、放热热阻和导热热阻。要加强传热，就应设法去减小某一个或所有串联的热阻。如果不能同时改变所有串联的热阻，就应尽量改变在总热阻中较大的那个热阻。在风冷发动机中，为了增强传热效果，在气缸和气缸盖的外表面都装有散热片，用以扩大散热面积。这时，在稳定工况下，整个等温面所传递的总热量Q仍然沿途不变，但是气缸内壁的面积和装有散热片的气缸外壁的面积不等，因此，单位面积的热量不再沿途保持不

6、变。如对散热片的附加热阻忽略不计，并设整个散热面F维持在温度t2,则在这样情况下，气缸内壁每单位面积的热流量为：在此情况下，总传热系数为：对气缸外表面（有散热片）来说，则总传热系数为：10.1.5散热片的传热冷却空气与散热表面之间的换热过程是液体与固体壁面直接接触的对流换热。散热片向冷却空气的换热量，除了和散热片本身的结构参数有关外，很大程度上取决于它周围的流场分布情况。重庆工学院毕业论文冷却系统设计冷却空气流过两面三刀相邻散热片，可看作空气流过平板的流动过程。在两相邻散热片间的气流由气流中心和两个层流附面层组成，气流中心的流动情况随冷却空气流速而变化，一般为紊流，其

7、平均速度较高，而附面层流速成较低。层流层中热交换以热传导为主，而空气导热性很差，所以附面层愈薄，气流中心层愈厚时，由散热片向气流的散热就愈强，反之则愈弱。因而往往以临界附面层的厚度来限制散热片的间隙。在空气流速为40m/s时，两附面层的总厚度约为2mm，因而若设计散热片间距小于2.5mm，散热效率就会明显下降。由散热片向空气的换热量，一般可用下式表示：Q=αfF(tm-ta)式中，F————散热片表面积；αf———散热片的放热系数；tm———散热片的平均温度；ta———冷却空气的温度。10.1.6散热片的设计风冷发动机气缸外壁和散热片向冷却空气的散热