車輛發(fā)動機多風扇散熱器性能研究

劉立志

摘 ? 要：散熱器是工程車輛的心臟，如果不能很好地處理好散熱器的問題，那么汽車的故障率就會增加，汽車使用成本也會隨之增加。隨著汽車冷卻系統(tǒng)要求的提高和車內空間的限制，對散熱器的性能和結構進行優(yōu)化分析，研究熱點是一種高效細致的散熱器結構。在冷卻系統(tǒng)中，許多工程機械的熱源和冷卻劑都是熱交換的，加熱后冷卻液通過冷卻風扇的作用冷卻，提高了可靠性。筆者根據多年在汽車企業(yè)工作的經驗，特別是發(fā)動機內部的研究，在前人大量研究基礎下對工程機械散熱器的性能進行了研究。

關鍵詞：工程車輛 ?發(fā)動機 ?多風扇 ?散熱性

中圖分類號：U464.138+.2 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-098X（2020）06（a）-0072-02

工程車輛是現(xiàn)代工程機械，為了提高施工效率，廣泛應用于農業(yè)、林業(yè)、水利、能源開發(fā)、采礦、貨物運輸等大型工程中。一般包括推土機、履帶拖拉機、裝載機、裝載機挖掘、自動卸車等，工程車輛屬于非道路車輛，作業(yè)環(huán)境復雜，駕駛條件不好，所以這種車輛對動態(tài)性能要求嚴格。筆者取某大型機械工程車輛為例，與一般道路車輛的引擎相比，最大的區(qū)別是電力強度大，扭矩大，引擎保持低速度運轉的時間特別長，所以對該車輛冷卻系統(tǒng)和排氣系統(tǒng)的設計又提出了更高要求，確保車輛長期、高效、穩(wěn)定的工作是統(tǒng)籌設計動力的目標，因此對這種工程車需要全面優(yōu)化冷卻系統(tǒng)。

傳統(tǒng)的汽車發(fā)動機單層風扇散熱器中，冷凝器的油量分布不均勻，所以散熱器柵極的各個部分存在溫差，但是風扇輸送的冷卻氣流分布與散熱器扁平管的溫度分布不一致，零部件局部溫度過高，導致水管破裂、散熱器變形，散熱器的散熱性能惡化嚴重影響汽車發(fā)動機性能，造成油耗量增加、排放污染、電力和扭矩下降等問題。基于針對傳統(tǒng)的單式風扇散熱器的改善，使用多個風扇布局，使散熱器各部分的溫度分布均勻，從而減少散熱器部分的蓄熱現(xiàn)象。

對發(fā)動機風扇及其冷卻系統(tǒng)的研究主要集中在冷卻風的計算和檢驗上，原先的設計只是僅滿足設計要求，而沒有優(yōu)化冷卻風和壓力的相關因素。本文基于某中型機械車輛整車設計，在動力集成中對冷卻系統(tǒng)和排氣系統(tǒng)進行研究，討論動力集成系統(tǒng)中冷卻系統(tǒng)的設計和優(yōu)化。中心重點是對多風扇散熱器內部的優(yōu)化。

1 ?多風扇散熱器模型的建立

在工程車輛發(fā)動機冷卻模塊地熱平衡分析中，想要測量其內部冷卻模塊地風非常的不容易，這個東西對冷卻風扇性能、防熱擋風板和通風阻力會有很關鍵的作用?？紤]到發(fā)動機室內空氣流動的復雜性，實際熱平衡分析和冷卻系統(tǒng)設計大部分都是以實驗分析為基礎的，建立冷卻模塊地各個零件性能和整車冷卻系統(tǒng)性能的測試數據庫，模擬冷卻風量，模擬車輛冷卻系統(tǒng)各部件的匹配分析和設計通過風口試驗，可以獲得一定速度內的風和風的曲線，如果速度不同，可以根據下意識獲得風的量和風的曲線。

2 ?多風扇散熱器性能的分析

分析熱流體狀態(tài)對散熱器性能的影響?？紤]到空氣流動狀態(tài)、熱流體側面流動狀態(tài)的變化和散熱器性能的影響，為了得到正確的分析結果，在研究過程中，冷流體側的特性不變。即，翅片的類型、進口溫度和流量都是固定值。

2.1 翅片結構參數

2.1.1 翅片高度對散熱器性能影響

翅片傳熱機制分析對流加強技術分為主動加強和被動加強，主動增強技術主要包括機械攪拌、電磁場、電熱表面振動、流體振動等方法。被動強化技術主要是特殊處理表面法、粗糙表面法、擴張表面法、氣流裝置法等，在這一節(jié)中，強化鋸齒的方法是通過被動強化技術的擴張表面法增加第二次環(huán)熱面積，這樣可以更好地增加熱量，在導熱過程中，傳熱的過程是一次交換面，在第二次熱交換面也會發(fā)生。

2.1.2 翅片形狀對散熱器強度的影響

流體入口狀態(tài)對散熱性能的影響，在工作過程中，冷熱流體的作業(yè)狀態(tài)不固定，基于冷熱流體的進口溫度的影響因素，分析了不同冷熱流體的進口溫度對散熱器性能的影響。

2.1.3 對于板翅式散熱器

流入散熱器的流體分配總是不均勻，一般流體分布不均勻有兩種情況。一是進口結構或安裝位置不合理，使流體進入散熱器的分布不均勻，流體不平衡分布在很大范圍內影響散熱器的性能。另一方面，由于散熱器內葉形的制造加工缺陷或安裝過程中存在偏差，導致內部葉片受損，結構受損。因此，機身在冷卻片中不均勻流動，影響散熱器的整體性能。

2.1.4 板翅層數

隨著機翼層數量的增加，散熱器的效率越來越高，進口流量增加，散熱器的效率越來越低。比起散熱器的流量偏差系數曲線，同層散熱器的流量偏差系數越低，效率越高，相互之間不同層散熱器的流量偏差系數越大，效率越高。其原因在于不同層數地散熱設備在同一空氣供應條件下，其設備的層數越多，各個層水地流量越小，流速越慢，流體地換熱就越充分。所以，流體進出口溫度差大，暖氣效率也會提高。

2.2 密封性

從散熱器的性能來看，不同風扇的旋轉速度，不同散熱器的電熱性能變化趨勢有所不同。散熱器組件密封后，變速器油散熱器的流量增加，通過前面兩個散熱器熱量均減小。

2.3 散熱器間距

在一定范圍內，散熱器之間的距離增大，提升冷卻液散熱器的電熱性能。隨著距離的增加，冷空氣的溫度和速度的不均衡分布會在進入下一個散熱器前有所混合，隨著距離的增加，混合冷卻液散熱器的性能越充分。綜上所述可以分析得到，增加間距后，空氣溫度和速度的均等性變好，有利于改善變速器油散熱器的熱量。但是冷卻液散熱器的熱交換器性能變好，通過水箱的厚度，冷卻空氣溫度相對升高，變速器油散熱器的熱交換環(huán)境惡化，性能低于原狀態(tài)，各散熱器的電熱性能變化趨勢與風扇的旋轉速度不同，散熱器組件的總和熱性能隨著散熱器之間的距離而發(fā)生變化，散熱器之間的距離越大，散熱器模塊的總熱量就越大。根據前人的分析，隨著距離增加，前排散熱器的進場速度和溫度不均勻的空氣有一定的混合，混合后的空氣越均勻，就有利于散熱及換熱。

3 ?結語

本文從工程車輛方面討論了發(fā)動機冷卻風扇的設計和優(yōu)化，主要結論如下。

（1）根據熱平衡方程式，引導發(fā)動機風扇所需冷卻風的關系，對工程車的散熱及發(fā)動機散熱模型進行了建立。

（2）為了最大限度地獲取熱量，風扇和散熱器之間的距離越大越好，中間有最好有平穩(wěn)的過度，根據實際工程組裝等情況進行調整。

（3）合理解決散熱問題，可以提高發(fā)動機的利用率。

（4）減少工程汽車的召回率，滿足其銷售要求和客戶的滿意程度。

參考文獻

[1] 黃瑋隆，張光德，郭健忠，等.車輛發(fā)動機多風扇散熱器性能研究[J].武漢科技大學學報：自然科學版， 2017（40）：69.

[2] 周常偉，鄭明剛，王春紅.客車發(fā)動機冷卻風扇控制系統(tǒng)的設計[J].電子技術與軟件工程，2015（22）：255-256.

[3] 張毅，陸國棟，俞小莉.商用車多風扇冷卻模塊匹配研究[J].汽車工程，2014，36（5）：552-555.