载货汽车散热器的设计计算

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1、12技术纵横轻型汽车技术2011(3)总259载货汽车散热器的设计计算刘立军傅景军赵化冰。(1．东南大学能源与环境学院)(2．上汽商用车技术中心(上海))(1、3．上汽商用车技术中心南汽研究院)摘要以散热器为核心部件的冷却系统决定着整车的热平衡，对维持发动机和整车的正常工作起着至关重要的作用。本文以拟配装四款柴油发动机的载货汽车冷却系统的全新开发工作为例，依据整车开发流程，较系统地介绍了散热器设计计算的基本思路和方法，并通过系统级CFD分析和试验手段进行了验证。关键词：载货汽车柴油机散热器计算整车开发流程散热器是

2、汽车冷却系统的核心，也是影响整车2概念设计阶段的初步计算布置和系统热效率的关键部件。散热器性能的优劣对发动机和整车的动力性、经济性、可靠性和污染物通常散热器的设计先行于机舱内其他系统及排放都有很大影响。以计算分析为依据，可以对散热零部件，其初步计算通常在设计阶段初期、全面器进行详细设计和优化，从而提高发动机的热效率，CAE分析和试验验证开始前完成。根据初步计算结实现整车的节能减排。果，可以完成散热器初始数模的搭建，并提交整车完成总布置检查(DMU)。1散热器设计计算所需基本参数2．1迎风面积计算通常需要输入尽可能

3、全面的参数进行设计计算散热器芯部的迎风面积F，可以通过以下两种和校核(见表1)，但新车型开发可能与发动机开发方法计算确定：并行开展，初步设计过程中很难得到完整的输入条F，(m)i>0．1+0．032V(1)件。多数情况只能通过经验公式估算所需参数，从而式中V．_一发动机的排量预测系统性能及必要的布置空间。随着开发流程的vg(m)=(0．0027～0．0034)N(2)推进，输人参数会逐步完善。其中N为发动机功率，当Ne>73．5KW时取下表1某型载货汽车散热器设计计算所需输入参数(片段)限，当Ne<73．5KW时

4、取上限。序号物理量数值单位表2散热器迎风面积初步计算结果(M表示Max)l发动机型号EA发动机Vn(L)Ne(kW)F(m)(m)2排量V2．998L—3额-疋功率N1IOkWE^2．998l】OO．1960．2974功率点转速n3500rpmER3．76l15O．22O．31O55扭矩点转速n1600rpmE(3．921250．225ilO7冷却液许用温度T105℃108压力盖压力阀限值P1O8kPaEIJ4．3118丧蠢毋O-3l86轻型汽车技术2011(3)总259技术纵横l3经公式得出的结果通常为一个取值

5、范围，应根考虑配装水冷EGR和SCR两种类型的发动机，而据实际情况选取合适的散热器迎风面积。对于本例，EGR型发动机散热量与SCR型相比约增加根据计算结果认为该车型需要的散热器迎风面积范10—15kW，这样散热面积稍显不足，需对散热器芯部围为0．238—0．3375m(带有水冷EGR的发动机在此结构进行优化。基础上还应留有10—15％的富裕度)。2．2散热面积计算3工程设计阶段散热能力的校核散热器的散热面积S可通过以下两种方法计随着整车开发流程的逐步推进，输入数据进一算：步完善，此时需要根据可预见的恶劣使用条件对

6、散S1=S比×Ne(3)热器的散热能力做进一步校核。考虑到发动机、散其中，S比根据经验取0．17～0．27，散热器安装在热器等零部件需要同步开发，通常得到此次校核所发动机的前端，迎风效果好。S初步取0．17。需参数的时间大致在整车开发流程的中期，也可称S2=Q／(k．At)(4)为“中期校核”。此时试验样车远未完成，还无法进其中，Q=Q水套+Q中冷器+Q其他，为冷却模块最大行试验验证，因此中期校核非常重要。散热量(从降低风扇能耗的角度考虑，散热器应能抵中期校核需要输入的参数(以发动机E为消尽可能多的热负荷)；Q其

7、他包括置于散热器前的冷例)，主要包括：水泵在额定工率点和最大扭矩点的凝器或变速器机油冷却器等的散热量；K为换热系水流量，以及散热器(样件)性能试验数据(即某液数，由供应商提供；At为液气平均温差，根据发动机气温差△t条件下，散热器散热能力Q相对于冷却允许的出水温度和销售地区环境情况取值(允许冷液流量q和风速V的变化情况，见表5)。却液H{口温度高的发动机取较大值)。表5某供应商提供的散热器台架试验结果表3散热器散热面积初步计算结果(M表示Max)～—～(rn，s)JQc810l6发动机Ne(kW)Q(kW)sl(

8、m)S2(m2)LE^11O105l8．725_2M132J74．798．Oll6．9155．3EBl158219519．68220}88．61l2．9131．6175．6——Ef=12583-221．25M19．97ED11894．3720．O622．653．1功率点校核、根据热平衡试验，发动机额定工况点需要散热与迎风面积计算一样，经公式得出的结果同样器带走的热量为10