发动机冷却系统设计计算报告

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1、编号发动机冷却系统设计计算报告项目名称： 项目弋码： 编制：日期:校对：口期:审核：日期:批准：日期:111111222223345 错误！未定义书签。7错误！未定义书签。错误！未定义书签。1 概述1.1 任务来源 1.2 冷却系统基本介绍 1.3 汽车冷却系统的结构简图 1.4 计算的目的 2 冷却系统设计的输入条件3 冷却系统的设计计算 3.1 发动机水套散热量 Q 水3.2 散热器最大散热量 3.3 散热器设计工况和校核工况 3.4 系统压力 3.5 散热器的设计计算 3.5.1 芯子正面面积 3.5.2 冷却水管的选择 3.5.3 散热器散热面积 3.6 风扇参数设计 3.6.1 风扇

2、外径的确定3.6.2 风扇风量的确定 3.7 计算结果 4 结论及分析参 考文献发动机冷却系统设计计算报告1 概述1.1 任务来源根据？项目整车开发合同，在对样车进行逆向开发的基础上，动力总成选用三 阳？ 发动机，青山？手动变速器，其它发动机附件及各系统，参考标杆车及国内同 类汽车底 盘结构，进行选型和设计。1.2 冷却系统基本介绍冷却系统由散热器、电子风扇、膨胀水壶等零部件组成。其功能是对发动机进 行强制冷却，保证发动机能始终处于最适宜的温度状态下工作， 以便获得较高的动 力性、经济性及可靠性。本车的发动机冷却系统为闭式强制水冷系统 。1.3 汽车冷却系统的结构简图汽车冷却系统结构简图见图1

3、？图 1 ：冷却系统1.4 计算的目的通过计算确定散热器芯部的几何尺寸及风扇的风量及外径2 冷却系统设计的输入条件表 1 SK-L1 冷却系统设计基本参数发动机型式？排量（L）？压缩比？额定功率(kW / ( r/min )？最大扭矩(N m ) / (r/min )？3冷却系统的设计计算3.1 发动机水套散热量 Q 水1）发动机输出最大功率时,发动机水套散热量Q水=? kJ/h （发动机厂家提供的数据）.2）发动机输出最大扭矩时,最大功率为？ kW,发动机发动机厂家不能提供Q比, 根据经验值Q比=2200kJ/ （kWh），由于Q水19比Nmax（汽车设计手册），发动机水套散热量 Q 水 1

4、 =?3.2 散热器最大散热量 根据使用实践，散热器使用一段时间后，散热能力会有所降低。同时，通过散 热器 的气流，受散热器周边环境的影响，会产生气流分布不均现象，从而也会引起 散热器散热能力减少。充分考虑上述因素。故散热器最大散热量Q应比Q水大10%-Qax水25%Qmax 二1“a 水轻型车和轿车取下限，中型以上的车辆和工程车取上限。本车为轿车 ， 故取下 限。Qmax = 1.1 Q 水1 ) 发动机输出最大功率时,发动机水套散热量 Q 水=?Qmax = ? kJ/h2) 发动机输出最大扭矩时，发动机水套散热量 Q 水 1 =? kJ/hQmax1=? kJ/hmax13.3 散热器设

5、计工况和校核工况 散热器设计工况为额定功率工况，校核工况为最大扭矩工况。3.4 系统压力为了提高本车的使用性能，因此选择偏高的系统压力，参考该发动机在国内其 它轿 车上的使用情况，确定为？kPa。3.5 散热器的设计计算3.5.1 芯子正面面积a)依据发动机排量计算散热器芯子正面面积:1)F 0.1+0.032Vn式中： F2芯子正面面积， m；发动机排量，L。式中 V1求得:F=0.1416 m 2fb)依据发动机最大功率计算散热器芯子正面面积：F=( 0.0027-0.0034)X NU(2)f式中：N 发动机最大功率；ema由于目前的技术进步，使用材料，制造工艺及结构设计均有很大进展，因

6、此， 系数取最小值为 0.0027。9 式中Nema= ？kAV求得：F f=？ m2从上述两次计算可知，散热器正面面积Ff只要大于？ m就可以满足要求了。为 此 在总布置允许的空间尺寸范围， 并参考同类车型，选择的散热器参数为：芯宽？ mm 芯 高？ mm芯厚？ mm散热器正面面积Ff=? mm=? m2大于？ m，所以我们选用的散热 器正面面积是满足要求的。3.5.2 冷却水管的选择为了降低生产成本和利用现有工艺装备，参考同类车型，冷却水管断面尺寸选 用“？ mmX? mm”的扁管，采用单排布置。3.5.3散热器散热面积依据汽车设计手册提供公式S = S 比 N max式中：S 比 散热比

7、面积， m/kW。S发动机散热器散热面积参考国内外产品，确定 S 比为 0.1m2/kW根据1求得:maxS=0.XS=根据散热器厂家提供的一些参数 , 波高为？ mr 的散热带，散热带的波距为？ mm 散热带条数？，波峰数？，带宽为？间 mm 散热带与主片之间留有？ mm? mr 之间的 隙。由已经确定的芯高？ mm. 根据实际的散热面积 S=2Sf St式中： S散热面积，mSf散热带散热面积，mSt 冷却水管散热面积， m 91）冷却水管散热面积 StSt = m H L0 106式中：m 散热水管数， m=n-1,n 散热带条数H散热器芯高， mmL0冷却水管外周长， mmSt= ?

8、m22）散热带散热面积 SfSf 二 T Ln 10式中T芯厚，mmL散热带展开长度，mm; n散热带条数，Sf =？ m2S= St+ 2Sf = ？计算出来的散热器散热面积？m2m2大于?m2,选用的散热面积满足要求.3.5.4 校核计算最大扭矩工况下需要的散热面积小于实际散热面积，则说明散热器的散热 能力 在最大扭矩工况下也是足够的。校核时，验算散热面积用下列公式：m2= Qmaxi式中: Qmaxi -最大扭矩工况时发动机水套最大散热量?kJ/h ,maxi按下式计算:K散热系数，kJ/卅h C。K = 350kJ/ m2hC；。.:t -液气平均温差。t = twcp tacptwc

9、p-散热器冷却水平均温度tacp-流经散热器的空气的平均温度。当系统压力为？ kPa时，twcp ?C ? C ,twcp取？ C而 tacp =ta1 0.5. : ta其中：tai进风温度，对于标准型冷却系tai = 40 C （即等于沸腾风温）Ata的计算则按 下式进行：式中 Q 最大扭矩工况时发动机水套最大散热量，kJ/h ；maxiFf散热器的正面面积，m?；CPa 空气定压比热，CPa 二 1.0048 kJ/ mhC；V 一质量风速，v 二 12 kg/ tf Sa aa3600 Ff CfPa日 * 3Qmax1那么 tacp 二 ta1 05 : tat a c = ? Ct

10、 = twcp tacp=? C那么S， max1 K氏m2从上面计算得出的最大扭矩工况需要的散热面积为？ m2。而实际的散热面积为？ m2, 超过需要的散热面积，这就说明新设计的散热面积在最大扭矩工况下的散热能力也是足够 的，可以满足任何工况条件下散热的需要。3.6风扇参数设计选用轴流式薄片型风扇，采用经验统计法来估算。3.6.1风扇外径的确定风扇外径与发动机的放热量、散热器的散热能力、冷却系统的系统压力等诸多因素有关。按散热器芯部正面面积计算合理范围:D八（0.8 0.93）F散（3）式中f散冃攵热器止面积，m.D =? m-? m2因此，选用的双风扇直径分别为？ mm不在以上计算值范围内

11、，下面通过计算 风扇风量来 校核风扇选择是否符合要求。362风扇风量的确定1）按下式来确定所需风扇的风量 V:Q u 水C也a p式中:Q水一发动机水套散热量，？ kJ/h3空气密度，12kg/maCp空气比热，1004 kJ/ (kg C)兀一进出散热器的空气温度差，30 C带入数值得：V=？m3/h1）迎面空气速度v=V/S=? km/h，如果车速大于？ km/h时，就可以满足需求。发动机发 出最大功率时，汽车的速度远远大于？ .km/h,此时迎面风即可满足散 热要求2）在车辆低速行驶时，发动机需要靠冷却风扇来提供风量。所以采用最大扭 矩工况来校 核冷却风扇风量是否能满足要求。当发动机输出

12、最大扭矩时，发动 机水套散热量？ kJ/h， 此时，所需的风扇风量 VQ水c tapa式中:1.2kg/mQ水一发动机水套散热量，？kJ/ha 空气密度,aCp 空气比热， 1.004 kJ/(kg C)兀一进出散热器的空气温度差， 30 C求得:V =? m/h选用双风扇，风量为？ m3/h，能满足风量？ m3/h的要求。3.7 计算结果表 2 冷却系统参数散热器厂提供7枳mm口0口K 口 M散加?积面 热散- 器散亠? 加-风扇英？ 佯Z ? m m -h w?数 、个 扇 风T 94 结论及分析通过计算冷却系统性能参数，是能满足对发动机散热性能要求的参考文献1汽车工程手册编辑委员会编汽车工程手册设计篇第一版北京：人民交通出版社，2001.62长春汽车研究所编汽车设计手册发动机附件卷.1998.5 GB7258-2004机动车运行安全技术条件3汽车设计手册北京：机械工业出版社，2001.6