YN490ZLQ汽车散热器、中冷器(冷却系统)的设计计算

YN490ZLQ汽车散热器、中冷器(冷却系统)的设计计算 YN490ZLQ发动机中冷器散热能力设计 第 1 页 共 8 页 YN490ZLQ发动机～其额定功率为60KW/3200rpm。现用《传热学》对其中冷器的散热性能进行简单的理论计算。 由于缺乏台架试验的有关数据～在这里则用类比的方法确定。即:假设发动机的进气量与其功率成正比。 一、 发动机的参数 ?进气量 6BTAA:Ne=210hp～?M =0.305kg/s CY4102BZLQ:Ne=82hp～?M =0.119kg/s ?中冷器的参数 进气温度t1a=110? 出气温度t2a=45? 环境温度t0=27? 热空气流速u=25km/h ?冷却空气进风速度va=12m/s 二、 中冷器结构选择 散热管:见图一 截面宽×长=6.5×38～7孔～管数27 散热管平壁厚0.5，0.6 YN490ZLQ发动机中冷器散热能力设计 第 2 页 共 8 页 散热带:见图二 波高×波距×波数×带宽=8.95×5×80×38 散热带根数:28 中冷器结构初步设计如下: 芯部尺寸:芯高×芯宽×芯厚= H×B×N =400×425×38 三、 简单计算 2?单根散热管通流面积a=153.3mm 2所有散热管通流面积A=27a=4139.1 mm 单根管内流体浸润周长l=180.56mm YN490ZLQ发动机中冷器散热能力设计 第 3 页 共 8 页 所有管内流体浸润周长L=27l=4875.12mm 当量直径de=4×a/l=3.396mm 2?所有散热管内 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 面积FL=2.023 m 2所有散热管外表面积FW=0.935m 2散热带表面积F=3.474 m 带 2中冷器冷空气侧散热面积FΣ=FW+F=4.409 m 带 四、 散热管内放热系数的计算 ?中冷器的散热量Qn Qn=Cpa×?T×?M 定性温度T=(t1a+t2a)/2=100? Cpa——定压比热～1.005kj/kg? ?M——单位时间内的质量流量～?M =0.119kg/s ?T——中冷器进出气口温差～?T= t1a-t2a=65? 3ρa——空气密度～1.060kg/m -6 2γ——运动粘度～18.97×10m/s Pr——普朗特数～Pr=0.696 -2λ——空气导热系数～λ=2.90×10w/(m×?) 得: Qn=7.77kW ?热空气在散热管中的流速v ?M=?V×ρa 3?V——体积流量～?V=0.112m/s ?V= A×v 2A——散热管通流面积A=4139.1 mm YN490ZLQ发动机中冷器散热能力设计 第 4 页 共 8 页 V=27.06m/s ?散热管内的雷诺数Re Re= V×de/γ de——当量直径～de=3.396mm Re=4844 ?散热管内放热系数αg 0.80.3努谢尔数Nu=0.023×Re×Pr Nu=18.31 Nu=αg×de/λ 2得: αg=156.36 w/(m×?) 五、 散热管外放热系数的计算 ?散热管外出风温度tˊ a ? 芯子总成的净面比ζ ζ=0.551 ? 冷空气的体积流量?Vˊ 3?Vˊ=ζ×H×B×va=1.124m/s ? 冷空气质量流量?Mˊ 取定性温度为环境温度,t=t=27? 0 Cpa——定压比热～1.005kj/kg? ?Mˊ——单位时间内的质量流量～kg/s ?Tˊ——冷空气进出气温差～?Tˊ= tˊ-t a0 3ρa——空气密度～1.165kg/m Pr——普朗特数～0.701 YN490ZLQ发动机中冷器散热能力设计 第 5 页 共 8 页 得:?Mˊ=?Vˊ×ρa=1.310 kg/s ? Qn=Cpa×?Tˊ×?Mˊ得: ?Tˊ=6? 得:tˊ=33? a 反馈～取定性温度为t=,t+ tˊ,/2 =30?查表得:Cpa——定压比热～0 a 1.005kj/kg? 3ρa——空气密度～1.165kg/m 得:?Mˊ=?Vˊ×ρa=1.310kg/s Qn=Cpa×?Tˊ×?Mˊ得: ?Tˊ=6? 得:tˊ=33? a 得:η=,33-33,×2/(33+33)=0% 所以～可以用环境温度近似地作为定性温度～此时空气的一些参数如下: Cpa——定压比热～1.005kj/kg? 3ρa——空气密度～1.165kg/m -62γ——运动粘度～16×10m/s Pr——普朗特数～Pr=0.701 -2λ——空气导热系数～λ=2.67×10w/(m×?) ?冷空气外掠管的雷诺数Re Re= V×de`/γ de——当量直径～de`=11.41mm V——空气流速～V=12m/s Re=6838 ?散热管外的放热系数αw n努谢尔数Nu=C×Re YN490ZLQ发动机中冷器散热能力设计 第 6 页 共 8 页 查《传热学》[3]表7-6得:C=0.424～n=0.588 0.588Nu=0.424×Re Nu=87.02 Nu=αw×de`/λ 2得:αw=203.63 w/(m×?) ?散热带的效率η η=th(mh)/(mh) 0.5散热带的参数m=(2×αw/λ×δ) -3δ为散热带厚度～δ=0.135×10m λ为散热带的传热系数～假设散热管和散热带之间焊接良好。且管的内外以及带间没有温度降～均为管内流体的平均温度t=100?, 查《简明传热手册》[1]附录?-1～铝在此温度下热导率λ=240W/m〃?。 -30.5可以得出:m=(2×203.63/240×0.135×10)=112.11 h为散热带的特性尺寸～为散热管一侧的肋片高度～散热带的尺寸参数波高8.9mm、波距5mm可计算出 220.5-3-3h=(8.9+(5/2))×10/2=4.62×10m m〃h=0.518 η=th(mh)/(mh)=0.476/0.518=0.92 将η值及F、F?代入 公式(6,3)中～传热表面总效率可得 带 η=1,(F×(1,η)),F?=1,(3.474×(1,0.92)),4.409=0.937 0带 ?散热带的放热系数αˊw 2αˊw=η×αw=187.34 w/(m×?) 六、 整个中冷器的传热系数K YN490ZLQ发动机中冷器散热能力设计 第 7 页 共 8 页 1/K =[,1/αg,×(FΣ/FL) +(δg /λg)×(FΣ/FL) +1/(αw×η0)] ,1/αg,×(FΣ/FL)= (1/156.36) ×(4.409/2.023)=0.0139 (δg /λg)×(FΣ/FL)=0.00000454048 -3δg——散热管管壁厚度～0.5×10m λg——散热管的导热系数～240 w/(m×?) 1/(αw×η)=1/(203.63×0.937)=0.005241 0 2得:K=52.23 w/(m??) 七、 求中冷器的对数平均温差?Tm 按纯逆流计算?Tm ?Tm=(?Tmax-?Tmin)/ln(?Tmax/?Tmin) ?Tmax=t1a-t0=83 ?Tmin = t2a -tˊ=12 a 得:?Tm=36.71? 按一次交叉流～两种流体互不混合～计算对数平均温差的修正系数ψ P=,tˊ-t0,/(t1a-t0)=0.0723 a R=(t1a-t2a)/(tˊ-t0)=10.83 a 查表得:ψ=0.99 得中冷器的对数平均温差?Tm`=36.34? 八、 中冷器的散热性能Q Qn`=FΣ×?Tm`×K=8.37kW,Qn ,Qn`- Qn,/ Qn=7.72% 九、 中冷器内部压力降 2单根散热管内部阻力?p=32μlu/de f YN490ZLQ发动机中冷器散热能力设计 第 8 页 共 8 页 -6μ——动力粘度～24.5×10 kg/(m〃s) -63-32?p=32×24.5×10×0.415×25×10/3600/(3.396×10)=195.89pa f 中冷器内部总压力降?p=27×?p=5.289 kpa f 上述公式用于层流时～相当于车辆在额定扭矩点时的状态～对于额定功能点的压力降相当于额定扭矩点的2倍?p′=2×?p = 10.578 kpa ,注:理论上按照层流方式计算出扭矩点的内阻～类比推断最大功率点情况～与实际结果是偏小的～但比较接近的。, 十、 分析与结论 通过理论计算～所作的中冷器结构的选择可以满足发动机冷却的要求,内部阻力偏高～但在由于实际情况比较复杂～而根据以往经验计算值往往高于实际值～经过转毂试验或台架试验时内阻未必会超过系统的要求。 不过理论校核也仅是对散热能力的一种估算。因为中冷器的散热的实际情况比起今天的理论来说要复杂的多。如果要得到更为精确的数据～仍然需要风洞实验来验证。 参考文献: [1] 钱滨江 伍贻文 常家芳 丁一鸣编(简明传热手册(高等教育出版社～1983 [2] 杨世铭著(传热学(高等教育出版社～1984 [3] [美] D.皮茨 L(西索姆 著～传热学(科学出版社～2002 [4] 姚仲鹏 ～王新国著(车辆冷却传热(北京理工大学出版社～2001