冷却系统计算

1、冷却系统计算闭式强制冷却系统原始参数都以散入冷却系统的热量 QW为原始数据，计算冷却系统的循环水量、冷却 空气量，以便设计或选用水泵、散热器、风扇1冷却系统散走的热量 QW冷却系统散走的热量 QW，受很多复杂因素的影响，很难精确计算，初估 QW，可以用下列经验公式估算：QWAge Ne hu3600千焦 / 秒）1-1)A- 传给冷却系统的热量占燃料热能的百分比，对汽油机 A=0.230.30 ， 对柴油机 A=0.180.25ge- 燃机燃料消耗率（千克 / 千瓦. 小时）Ne - 燃机功率（千瓦）hu - 燃料低热值（千焦 / 千克） 如果燃机还有机油散热器，而且是水油散热器，则传入冷却系

2、统中的热量， 也应将传入机油中的热量计算在冷却系统中， 则按上式计算的热量 QW 值应增大 510%一般把最大功率（额定工况）作为冷却系统的计算工况，但应该对最大扭 矩工况进行验算， 因为当转速降低时可能形成蒸汽泡 （由于气缸体水套中压力降 低）和燃机过热的现象。具有一般指标的燃机，在额定工况时，柴油机 ge可取 0.210.27 千克/ 千 瓦.小时，汽油机 ge可取 0.300.34 千克/千瓦.小时，柴油和汽油的低热值可分 别取 41870千焦/千克和 43100 千焦/ 千克，将此值带入公式即得汽油机QW =（0.851.10 ）Ne柴油机QW =（0.500.78 ）Ne车用柴油机可

3、取 QW =(0.600.75 ) Ne ，直接喷射柴油机可取较小值，增 压的直接喷射式柴油机由于扫气的冷却作用， 加之单位功率的冷却面积小， 可取 QW =(0.500.60 ) N e，精确的 QW应通过样机的热平衡试验确定。取 QW =0.60 Ne考虑到机油散热器散走的热量，所以 QW 在上式计算的基础上增大 10% 额定功率： 对于 420 马力发动机 QW =0.6*309=185.4 千焦/ 秒增大 10%后的 QW =203.94 千焦/ 秒 对于 360 马力发动机 QW =0.6*266=159.6 千焦/ 秒增大 10%后的 QW =175.56 千焦/ 秒 对于 310

4、 马力发动机 QW =0.6*225=135 千焦/ 秒增大 10%后的 QW =148.5 千焦/ 秒最大扭矩： 对于 420马力发动机 QW =0.6*250=150 千焦/秒增大 10%后的QW =165千焦/ 秒 对于 360马力发动机 QW =0.6*245=147 千焦/秒增大 10%后的 QW =161.7 千焦/ 秒 对于 310马力发动机 QW =0.6*180=108 千焦/秒增大 10%后的 QW =118.8 千焦/ 秒2 冷却水的循环量根据散入冷却系统中的热量，可以算出冷却水的循环量 V WVW米 / 秒）1-2)tw w cw式中tw - 冷却水在燃机中循环时的容许

5、 温升 ，对现代强制循环冷却系，可取 tw =612- 水的比重，可近似取w =1000千克/ 米cw- 水的比热，可近似取 cw =4.187 千焦/千克. 度 取 tw =12额定功率： 对于 420 马力发动机 V W =203.94/ ( 12*1000*4.187 )=4.06X10-3 (米 3/ 秒) =243.54(L/min)-3 3对于 360 马力发动机 VW =175.56/ ( 12*1000*4.187 )=3.49X10-3(米 3/ 秒) =209.65(L/min)-3 3对于 310马力发动机V W =148.5/ (12*1000*4.187 )=2.96

6、X10-3(米 3/秒) =177.33(L/min)最大扭矩：(对应转速 13001600)-3 3 对于 420 马力发动机 V W =165/ (12*1000*4.187 )=3.28X10-3(米 3/ 秒) =197.03(L/min)-3 3对于 360马力发动机V W =161.7/ (12*1000*4.187 )=3.22X10-3(米 3/秒) =193.10(L/min)对于 310马力发动机VW =118.8/ (12*1000*4.187 )=2.36X10-3(米3/ 秒) =141.87(L/min)3冷却空气需要量冷却空气的需要量 V a一般根据散热器的散热量

7、确定。散热器的散热量般等于冷却系统的散热量 QWVa米 / 秒)1-3)ta a ca式中ta - 空气进入散热器以前与通过散热器以后的温度差，通常ta =1080空气的比重，可近似取a =1.01 千克/ 米ca - 空气的定压比热，可近似取 ca =1.047 千焦/ 千克. 度额定功率：(取 ta =75)3 对于 420 马力发动机 V a =203.94/(60*1.01*1.047)=3.2143 米 3/ 秒 对于 360 马力发动机 QW =175.56/(60*1.01*1.047)=2.7670 米 3/ 秒 对于 310 马力发动机 QW =148.5/(60*1.01*

8、1.047)= 2.3405 米 3/ 秒 最大扭矩： 对于 420 马力发动机 QW =165/(80*1.01*1.047)=1.9504 千焦 / 秒 对于 360 马力发动机 QW =161.7(80*1.01*1.047)=1.9114 千焦/ 秒 对于 310 马力发动机 QW =118.8/(80*1.01*1.047)=1.4043 千焦/ 秒二、散热器的结构设计要点1、散热器的质量指标：1)、传热系数 KR 是评价散热效能的重要参数，它表示当冷却水和空气之间 的温差为 1，每 1 秒通过 1 米 2 与空气接触散热表面所散走的热量。提高散热 系数可以改善散热效能，减少尺寸和材

9、料消耗。传热系数受散热器芯部结构、 水管中冷却水的流速、 通过散热器的空气流速、 管片材料以及制造质量等许多因素的影响。2)、空气阻力 PR ，它主要取决于散热芯的结构和尺寸 散热器的传热系数 KR和空气阻力 PR，只能通过专门的试验才能确定。影响 KR最重要因素是通过散热芯的空气流速 Va，当 Va 提高时，传热系数 KR 增大，但同时使空气阻力 PR按平方关系更急剧地增长， 使风扇功率消耗很快增2、散热器的计算程序1 ）、按热平衡试验的数据或经验公式（ 1-1 ）计算出传给冷却液的热量 QW ； 同时按公式（ 1-2 ）计算出冷却水的循环水量 V W ；用公式（ 1-3 ）计算出冷却空 气

10、量V a 。燃机传给冷却液的热量 QW 应当等于散热器散出的热量；冷却水的循 环量VW 应当等于流过散热器水管的水流量；冷却空气量 V a应当等于流过散热 器的空气量。2）、计算散热器的正面积 FR根据冷却空气量 V a 计算散热芯的正面积FRVavava散热器正面前的空气流速（米 / 秒）。载重汽车取 810米/ 秒，小客 车取 12 米/ 秒，矿山车和拖拉机取 8 米/ 秒额定功率：（取 va =8 米/ 秒）对于 420马力发动机 V a =3.2143 米 3/ 秒 F R=0.4017875 米 对于 360马力发动机 QW =2.7670 米3/秒 FR= 0.345875 米对于

11、 310 马力发动机QW = 2.3405 米 3/ 秒 FR= 0.2925625 米算出散热芯的正面积 FR 以后，再根据动力装置的总布置确定散热器芯部的 高度 h和宽度 b;FRb （米） h额定功率：（取 b=0.648 米）对于 420马力发动机 h= F R/b=0.4017875/0.648 米 2=0.6200424米 222对于 360马力发动机 h= FR/b= 0.345875/0.648 米 2=0.5337577米 23 ）、计算散热器的水管数根据冷却水的循环量 VW ，计算冷却水管数VW式中 vw 水在散热器水管中的流速，一般取 vw =0.60.8 米/秒f 0

12、每根水管的横断面积，米 24）、确定传热系数 选取一定型式的散热器，并从散热器特性曲线上寻求相应的冷却水流速vw 和空气重量流速 va a 条件下传热系数 KR的值。KR的值通常等于 0.0690.117（ 千焦/ 米 2. 秒. 度） ，主要由散热器的结构形式和制造质量决定。 5）计算散热器的散热表面积 FQWK R t（ 米 2）式中 t 散热器中冷却水和冷却空气的平均温差，t =t w- ta式中tw- 冷却水平均温度 tw =tw1-tw2tata 冷却空气平均温度 ta ta12式中 tw1- 散热器进水温度，对开式冷却系统可取 tw1 =9095，闭式冷却 系统，可取 tw1=95

13、100ta1- 散热器冷却空气的进口温度，一般取 40tw - 散热器冷却水的进出口温差，一般取tw =612ta - 散热器冷却空气的进出口温差，一般取ta =1030考虑到经过散热器的冷却空气流速不可能均匀， 散热片蒙上尘土时， 散热性 能要有降低，实际选取的散热面积 F 0 要比计算结果 F 大一些，通常取式中- 储备系数，一般取 =1.11.15F0FR- 散热器芯的容积紧凑性系数， 它表示单位散热芯部容积所具有的越大，散热器愈小，但空气阻力也大。它决定于散热片和水管的23根据统计，散热器的比散热面积， 即燃机单位功率所需要的散热面积在下列 围：小客车：F 0 2=0.1360.204

14、 米 2/ 千瓦Ne载重车：F 0 2 =0.2040.408 米 2/ 千瓦Ne拖拉机：F 0 2 =0.4080.680 米 2/ 千瓦Ne6） 计算散热器芯部厚度 l RlR式中散热面积， 数目、布置和形状，一般取 =5001000米 / 米 ，对于选定的芯部结构，它是 一个定值。计算所得 l R值，应与实际的标准散热器尺寸相符。三、水泵的设计要点及计算（一）、水泵的设计要点在水泵结构中， 影响效率的主要关键是轮叶和蜗壳的形状， 而影响可靠性的关键是水封。（二）、水泵的计算水泵主要根据所需的泵水量和泵水压力来选择，其程序大致如下： 1确定水泵的泵水量 水泵的泵水量 V P可根据冷却水的循

15、环量按下式初步确定：VWVPV式中VW - 冷却水的循环量（米 3/秒）V - 水泵的容积效率，主要考虑水泵中冷却水的泄露，一般取 0.60.85 2确定水泵的泵水压力（ Pp ）水泵的压力应当足以克服冷却系统中所有的流动阻力并得到必要的冷却水 循环的流动速度； 此外，为了冷却可靠， 在工作温度下水在任一点的压力均应大 于此时饱和蒸气压力。 当压力不够时， 水泵入口处可能发生气蚀现象， 因此此处 的压力最低。55在机车柴油机中，泵水压力约需 P=2.5X1054.5X10 5（2.54.5 巴） 3计算出叶轮进水孔半径 r12 2 V Pr1 r2 ）C1式中 r1- 进水孔半径（米）r0-

16、叶轮轮毂的半径（米）C1- 水泵进口处的水流速度，一般取 C1 =12米/ 秒。若C1取得过大，水 泵可能发生气蚀。4算出水流流出叶轮外缘的圆周速度：需补充公式式中 2 - 叶片出口处水流绝对速度与叶轮切线夹角；一般取2 =80120；2 - 叶片出口安装角，一般取2 =240500；h - 液力效率 h =0.60.8 ； Pp - 水泵的泵水压力，帕 5求出叶轮外缘半径30u2r 2（米）n式中 n- 水泵转速（转 / 分）6进口处与出口处的叶片宽度各为需补充公式 式中 - 轮叶厚度（米），在现有结构中 =3-5mm；cr - 水在出口处的径向流速，由下式确定， cr =需补充公式在现有结

17、构中 b1 =1235mm， b2 =725mm； z- 轮叶数，一般取出 48 片。 7计算轮叶进口安装角 需补充公式 现有结构中 1 =400550 8计算出水泵所消耗的功率V W PPNPVPPP（瓦）hm式中 PP- 水泵的泵水压力（帕） ；V P- 水泵的泵水量（米 3/ 秒）m - 水泵的机械效率，在现有结构中，可取 0.90.97 经过计算得出水泵叶轮的结构参数后，就可对叶轮绘制结构图 水泵的泵水量与转速成正比， 泵水压力与转速的平方成正比， 所以提高水泵 转速是提高水泵泵水量和泵水压力而又不增大结构的有效的有效方法， 但不宜将 转速提得过高， 它不但使水泵消耗功率增加， 而且容易在水泵的叶轮形成较低的 压力，当该压力一旦低于饱和蒸气压力时，就要出现 气蚀 现象。四、水冷燃机的风扇设计要点及计算（一）、风扇的设计要点 风扇的排量、风压和功率消耗分别与风扇的转速一次、 二次、三次方成正比，所以，提高转速是增加风量和风压的有效方法，但功率的消耗也急剧增加。 在散热器与风扇之间要设 导流风罩，并且必须 密封导风罩与散热器的联结处， 防止风扇抽风时，外界空气从不密封处短路流入风扇， 使流过散热器的风量减少， 使散热器的散热效果下降。（二）、风扇的计算 燃机风扇的外径主要由散热器芯部正面积决定，然后再决定其它参数和尺寸。而风冷燃机风扇从风扇的外