浅析基于热平衡的冷却系统设计

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1、浅析基于热平衡的冷却系统设计陈陆洋梁志峰陆军军事交通学院研究生管理大队摘要：发动机机运转时，若冷却不适当，规导致燃烧恶化，磨损增加，造成内燃机经济性、动力性及可靠性耐久性全面恶化，而适当的冷却常以保持内燃机热力系统热平衡状态为衡量，因而在设计冷却系统时，要从热平衡出发，设计选用合适的部件及参数，使冷却系统能确保内燃机在最适宜的温度状态下工作。关键词：发动机;热平衡;冷却系统;AnalysisofCoolingSystemDesignBasedonHeatBalanceAbstract：Whentheinternalcombu

2、stionengineisrunning,ifthecoolingisnotappropriate,theregulationcausesthecombustiontodeteriorateandthewearincreases,whichcausestheinternalcombustionengineeconomy,thepowerandthereliabilitydurabilitytobecompletelydeteriorated.Thepropercoolingisoftenmeasuredbykeepingth

3、eheatbalanceoftheinternalcombustionenginethermalsystem,Coolingsystem,fromtheheatbalance,thedesignoftheappropriateselectionofcomponentsandparameters,sothatthecoolingsystemtoensurethattheengineinthemostappropriatetemperatureconditions.Keyword：engine;heatbalance;cooli

4、ngsystem;0引言发动机工作时，气缸壁和其他零部件与高温燃气及废气直接接触，会导致零部件过热，如果没有进行适当的冷却会导致充量系数下降、机油温度过高变质、零部件刚度强度下降、受热变形甚至损坏，对于点燃式发动机，缸壁温度过高会使得气缸内燃气在火焰传播之前与高温壁面接触而燃烧，出现爆燃、早燃等现象，造成内燃机的动力性、经济性、可靠性和耐久性全面恶化。但是发动机工作过程屮若是冷却过度，由于气缸充气量不足，对汽油机来说导致混合气形成不良;对柴油机来说异致燃烧粗暴，CO和HC排放量增加，同吋过度冷却情况下，机油温度低，黏性差，会

5、使得热损失和摩擦损失加大，尤其是气缸的磨损会成倍增加。因此需要合理设计冷却系统使其能够保证发动机在最适宜的温度状态下工作。1冷却系统设计总体要求发动机工作过程屮，其转速及负荷情况会随着工作过程发生变化，为保证发动机工作时，工况会经常变换，因此，冷却系统的散热能力应满足发动机各工况下的散热需要，使发动机在较为合理的温度区间内工作。发动机工作过程中，冷却剂中会混入空气、蒸汽及燃气等气体。气体和冷却液混合后形成的液气混合物传热系数低，会导致冷却系统散热能力下降；同时，冷却液屮混入的气体易集屮于发动机水套，造成局部热量，导致零部件使

6、用寿命降低。所以冷却系统应具有一定的除气能力，在短时间内能排空系统内的空气。发动机工作过程中，由于冷却系统密闭性不好、冷却液温度过高等情况，会导致系统缺水，使得发动机水温过高，润滑油变稀，加剧表面磨损，容易导致粘缸、活塞环卡死、开锅、拉缸等严重后果，因此冷却系统要有一定的缺水工作能力，加强系统的气密性和可靠性。发动机工作过程中，冷却液的温度逐渐升高，由于冷却液容积膨胀使得冷却系统内的压力增高，为避免压力超过预定值，防止散热器被大气压力压坏，冷却系统应能在短时间内排除系统的压力。同时在发动机高转速运转时，系统压力盖打开时，水泵

7、进门应为正压。2基于热平衡的冷却系统设计2.1热平衡定义及特性热平衡是指在没有外界影响的条件下，热力学系统的宏观性质不随时间变化的状态。所谓外界影响，是指外界对系统做功或传热。热平衡只是宏观的平衡概念,即吸收的热量与放出的热量相等，不排除微观热交换过程，只是系统温度不随时间变化的热动平衡。若发动机系统热平衡被打破，将会增大热负荷，降低热效率，影响内燃机工作循环，加剧腐蚀，缩短缸套等部件的使用寿命。因而在设计冷却系统时需要考虑到发动机的热平衡。2.2基于发动机热平衡的冷却系统设计发动机热平衡是指燃料燃烧释放的热量表现为有效功及

8、其各种损失的分配情况。对于汽油机，大约25-40%的热量传给冷却介质，对于柴油机，大约15-35%热量传给冷却介质，对于增压柴油机，大约有10-25%的热量传给冷却介质。发动机燃烧热量分配情况见表1。表1燃烧热量分配情况下载原表在冷却系统设计过程中考虑发动机的热平衡性能，就是不仅仅要求冷却