板翅式机油冷却器传热性能和阻力特性的实验

1、板翅式机油冷却器传热性能和阻力特性的实验更新时间：2008-08-11 14:14:50 摘要:选取了发动机机油冷却器的4个主要厂家生产的同一型号的8个板翅式机油冷却器进行了传热和阻力特性的实验研究.结果表明,由于生产工艺的不同,机油冷却器的传热性能和阻力特性有较大的差异.根据机油冷却器传热性能和阻力特性的实验数据拟合了换热量、阻力、传热系数随机油流速的变化关系,可为机油冷却器的结构设计及选型提供依据.关键词:板翅式冷却器;传热性能;阻力特性;结构设计中图分类号:414.212;414.1文献标识码:0引言板翅式换热器换热器具有紧凑、高效等优点,在许多行业得到了广泛应用1-2.高速车用发动机机

2、油冷却器几乎全部采用板翅式换热器.由于板翅式换热器换热面形状复杂,壁面极薄,流体通道狭窄,通道内流体流动和传热规律十分复杂2.其换热效率、压降、质量这3个指标之间相互矛盾、相互制约,具有不确定性4.目前,对板翅式换热器结构和性能改进大都采用实验研究的方法,得出经验关联式2,3.但由于采用现行的生产工艺加工的翅片毛刺、焊接过程翅片的微小错位等因素对板翅式换热器性能有重要的影响,现有的某些关联式与实际情况相差很大3,5.本文选取目前国内生产车用发动机机油冷却器的4个主要厂家生产的同一型号的8个机油冷却器(每个厂家选取2个),按照内燃机机油冷却器传热性能试验方法6进行了传热和阻力特性的实验研究,根据

3、实验数据拟合机油冷却器的传热性能、阻力特性以及换热系数与机油流速之间的关系.1实验装置与实验方法1.1实验装置研究所用的是错列板翅式机油冷却器,油侧为错列翅片,水侧无翅片,机油冷却器装在壳体中,两种流体逆向流动.壳体用绝热材料包扎,以防止水侧向外散热.实验装置示意图如图1所示,由管路系统和测控系统组成.其中管路系统由油箱、水箱、油泵、水泵、油加热器、水加热器、压差计、流量计等主要器件组成.热介质为40中增压柴油机机油,冷介质为清水.冷、热介质均采用电加热,加热过程对冷、热介质温度采集用34970数据采集仪,温度的控制采用无级调节装置,温度波动在±之内.冷、热介质的流量测量采用精度为1

4、级的涡轮流量计.机油进、出口压差采用 -5型压差计,1级精度.    1.2实验方法    本实验测试段机油进口温度和水进口温度分别控制在120±1和90±1,水流速为1.75/.实验中保持水流量不变,通过改变机油流速测量、计算机油放热量、水吸热量、油侧压差.                   &

5、#160;测试段机油进、出口温度测量采用分度为1/10的标准水银温度计,水进、出口温度测量采用分度为1/50的标准水银温度计.实验开始前,油箱中的油和水箱中的水均为室温.    实验开始后,先将油箱和水箱中的流体加热到工作温度.在测试段,油和水作逆向流动,高温油被低温水冷却后回到油箱中重新加热,加热后被油泵输送到测试段,形成油路循环.低温水被高温油加热后在管路中自然冷却至工作温度以下,在水箱中重新加热,加热后被水泵输送到测试段,形成水路循环.机油流量的调节通过机油旁通阀的开度控制.机油放热流量=(1-2).式中:为机油的放热量,;为机油的流速,/;为机油

6、的流通截面积,2;为工作温度下机油的密度,/3;为工作温度下机油的比热容,/(·);1,2分别为机油进、出口温度测量值,.   冷却水吸热流量=(1-2).式中:为冷却水吸热量,;分别为水的流速,/;为水的流通截面积,2;为工作温度下水的密度,/3;为工作温度下水的比热容,/(·);1,2分别为水进、出口温度测量值,.    热平衡误差=-.本实验热平衡误差<5%时,所测数据有效.换热器的传热系数=×1000       

7、;               2实验结果及分析机    油冷却器换热量、油侧压降以及传热系数随机油流速变化的实验结果见图35.                      根据实验数据分析,

8、所测机油冷却器传热性能和压降特性差异较大.同一组(同一厂家生产)机油冷却器传热性能相差最大为9.12%,最小为1.28%,压降特性相差最大为8.45%,最小为1.88%.说明即使同一厂家生产的机油冷却器,由于生产过程的微小变化,将导致性能较大变化.                  所测的8个机油冷却器传热性能相差最大为12.07%,最小为0.58%,压降特性相差最大为31.43%,最小为0.88%.这说明不同厂家生

9、产的机油冷却器,由于生产工艺不同,例如翅片采用滚压成型或者冲压成型、翅片毛刺的处理、不同的钎焊工艺等,将导致机油冷却器的性能,尤其是压降特性产生较大变化.    根据8个机油冷却器传热性能和压降特性的实验数据,利用最小二乘法拟合换热量、压降、传热系数随机油流速的变化关系为                   上式说明,机油的流速增加,机油在翅片间扰动加强,对流换热系数增加,换热量和传热系数增大,同时机油与翅片间摩擦力增大,导致油侧压差增大.油侧压差增大意味着机油泵所消耗的功率增加.因此,在满足机油冷却器换热量的前提下,应尽量减小机油流速(机油流量).    3结论   &