散熱器簡化設計計算方法

2022-05-22 23:06:03 字數 2581 閱讀 1607

一. 散熱量q的計算

1.基本計算公式:

q=s×w×k×4.1868÷3600 (kw)

式中:①.q — 散熱器散熱量(kw)=發動機水套發熱量×(1.1~1.3)

②.s — 散熱器散熱面積(㎡)=散熱器冷卻管的表面積+2×散熱帶的表面積。

③.w — 散熱器進出水、進出風的算術或對數平均液氣溫差(℃),設計標準工況分為:60℃、55℃、45℃、35℃、25℃。

它們分別對應散熱器允許適用的不同環境大氣壓和自然溫度工況條件。

④.k — 散熱係數(kcal/它對應關聯為:散熱器冷卻管、散熱帶、釺焊材料選用的熱傳導效能質量的優劣;冷卻管與散熱帶釺焊接合率的質量水平的優劣;產品內外表面焊接氧化質量水平的優劣;冷卻管內水阻值(通水斷面積與水流量的對應關聯 —水與金屬的摩擦流體力學),散熱帶風阻值(散熱帶波數、波距、百葉窗開窗的翼寬、角度的對應關聯 —空氣與金屬的摩擦流體阻力學)質量水平的優劣。

總體講:k值是代表散熱器綜合質量水平的關鍵引數,它包容了散熱器從經營管理理念、設計、工裝裝置、物料的選用、採購**、製造管理控制全過程的綜合質量水平。根據多年的經驗以及資料收集,銅軟釺焊散熱器的k值為:

65~95 kcal/改良的簿型雙波浪帶銅軟釺焊散熱器的k值為:85~105 kcal/鋁硬釺焊帶電子風扇系統的散熱器的k值為:120~150 kcal/充分認識了解掌握利用k值的內涵,可科學合理的控制降低散熱器的設計和製造成本。

準確的k值需作散熱器風洞試驗來獲取。

⑤.4.1868和3600 — 均為熱能係數單位與熱功率單位係數換算值

⑥.發動機水套散熱量=發動機台架效能檢測獲取或根據發動機公升功率、氣門結構×經驗單位系數值來獲取。

二、計算程式及方法

1. 散熱面積s(㎡)

s=冷卻管表面積f1+2×散熱帶表面積f2

f1=×冷卻管有效長度×冷卻管根數×10-6

f2=散熱帶乙個波峰的展開長度×一根散熱帶的波峰數×散熱帶的寬度×散熱帶的根數×2×10-6

2. 算術平均液氣溫差w(℃)

w=[(進水溫度+出水溫度)÷2]-[(進風溫度+出風溫度)÷2]

常用標準工況散熱器w值取60℃,55℃,增強型取45℃,35℃。這要根據散熱器在什麼工況環境使用條件下來選取。

3. 散熱係數k

按上述經驗數值和按本單位產品累積的製造檢測水平資料選取。

4. 散熱量q(kw)

按上基本公式計從算。準確的q值需通過散熱器台架風洞試驗檢測來獲取。

5. 風阻pa(kpa)

風阻與風速、風量,散熱帶百葉窗翼寬、開窗角度,波距、波距均勻性有關聯性,風阻過大過小都對散熱效能有影響。準確的pa值需通過散熱器台架風洞試驗檢測來獲取。經驗的pa值:

芯厚為32~35mm,散熱帶波距在2.5~3.0mm的在450~600kpa。

芯厚為16~22mm,散熱帶波距在2.2~3.0mm的在200~480kpa。

芯厚為24~26mm,散熱帶波距在2.5~3.0mm的在400~500kpa。

6.水阻ps(kpa)

水阻與冷卻管通水斷面積、進出水管截面積、水幫浦的水流速、流量有關聯性,水阻過大過小都對散熱效能有影響。準確的ps值需通過散熱器台架風洞試驗檢測來獲取。經驗的ps值:

銅咬口釺焊冷卻管厚×寬×長×根數為2×13\14\16×300×48的在8~14kpa;鋁高頻焊接冷卻管厚×寬×長×根數為1.8\2×16\22\26×350×35的在6~10kpa。

三、簡化設計說明

散熱器簡化設計時可不計算pa、ps值,只需合理的選擇冷卻管和散熱帶的具體尺寸引數。而這些引數均會被限制在兩個層面;一是擁有的工裝裝置條件;二是整車留給散熱器安裝的位置空間大小範圍內。如何在有限的尺寸空間合理選擇冷卻管、散熱帶尺寸,這顯得非常的重要,它需要設計者有豐富的設計製造實際經驗和系統的理論知識水平。

合理利用材料的熱傳導係數,利用流體力學和空氣力學基本原理,與時俱進的了解國內外車用散熱器行業產品,在材料、工藝、裝置上的新發展設計與應用趨勢,可以科學的獲取產品設計製造經營利潤和品牌效益,使企業擁有長足的發展空間。

四、提高散熱器散熱效能的有效方法

1. 提高

一、二次換熱元件的釺焊焊合率。焊合率與散熱效能成正相關。材料、工藝、散熱面積相同的產品,焊合率越高散熱效能越好。

2. 降低爐中釺焊時對

一、二次換熱元件表面形成的氧化程度。控制散熱器內腔的清潔度和氯根離子殘留量。

3. 對散熱效能相關的一次換熱元件(冷卻管),二次換熱元件(散熱帶),釺料等材料,選用熱傳導效能更好的材料。

4. 適當提高加水口蓋的開啟壓力和系統工作壓力。

5. 優化散熱帶的寬度、百葉窗開啟角度、翼寬等結構尺寸,提高二次換熱元件的風側散熱量效能引數。

6. 重新優化配置

一、二次換熱元件的比例和尺寸。優化水側散熱效能和風側散熱效能引數的關聯性。

7. 增加散熱器正面面積,這是最有效的方法。但這需要增加產品的成本,需要有足夠的產品配置尺寸空間。

8. 採用新工藝裝置技術,對傳統產品進行優化設計,用單排管替換雙排管,用硬釺焊替換軟釺焊。

上列散熱器簡化設計方法純屬個人多年工作經驗和資料收集整編形成,僅供熱愛車用水暖系統工程人員參考使用。

附件:cae《國內車用散熱器正面面積、f1、f2、s、q及工藝材料消耗定額和計畫單價成本優化計算生成表》

2023年4月10日

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