汽车散热器的设计与开发.doc

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1、开场白散热器(Radiator)是不是不死的行业?电动车的威胁?散热器(Radiator)的功能:热交换能量不生不灭能量守恒引擎车发热体(引擎、齿轮箱)发热量大电动车-发热体(变压器、电池、齿轮箱)发热量小凡发热体一定要散热否则工作体效率低因此热交换器是不死的行业，但设计会改变。未来的发展方向提高换热效率有限尺寸、重量限制?新材料?成本?能量转换有机会热交换冷却水-空气热电效应冷却水-空气-电池冷却水-电池新设计-电池其它:热光、热储存汽车散热器的设计与开发A1 Kargilis，P.E. 1996年8月现代汽车已达到臻于完善的地步，在这里您可以肯定地说，改善它一定仅仅是在某一细节方面，而不是

2、在改变它基本的结构。From, “The Modern Gasoline Automobile” , July, 1921目录 页数目标陈述 3前言 3历史4汽车冷却系统的设计 5预测 6实际设计 6汽车引擎的冷却系统的预测过程 9复习 11 基本热传导方程 13引擎排热 16引擎排热一般注意事项 19设计和引擎汽车冷却系统的发展“路线图” 20空气和冷却水温度 24散热器的迎风面积 26散热器选择 27散热器效能 32对数平均温差 33总热传导系数 34内部热传导系数 35外部热传导系数 36空气侧压降 36冷却水泵性能 37总结 38习题 42习题解答中英文对照 44英制公制互换表 44其

3、它参考数据 45图目录图说明 页面1.引擎冷却原理。2.引擎能量平衡的8个。3.引擎满载对冷却水的散热量。4.冷却水泵和冷却系统阻力曲线5.引擎马力和力矩曲线6. 自动变速器拒绝对冷却水热7. 散热器热传导和空气冷却侧阻力8. 散热器修正9. 散热器冷却限制目标任务陈述汽车散热器的设计与开发 “设计、开发和实施世界级冷却系统，以确保最佳的质量、最低的成本、级别最高的顾客满意度”。前言引擎冷却方面的领域，在汽车本身的专业知识上，往往划分为不同的类别。一个跨学科的理解不仅在引擎冷却系统本身，而且对所有冷却系统的设计和功能会产生影响的汽车其它部分也要理解，如此才能真正达到“世界级” 的特殊性能、高质

4、量和成本低。这种理念同样适用于OEM和供货商。无论是OEM或供货商，工程师的职责，包括：l 设计理念。l 组件和系统的开发。l 耐久性。l 成本与时间。l 保修估计和减灾。l 原型零件调度和采购。l 工厂兼容性。l 启动协调。l 客户满意度。l 服务支持。l 持续产品改进。l 法律/政府咨询支持。l 材料与组件和系统设计规范。l 原始设备制造商OEM/供货商联络。l 制造过程批准。l 原型车建立停止。 本短期课程的目的是介绍和讨论，必须在统一的设计和一个汽车引擎冷却系统的发展，以帮助解决发展符合上述职责的基本概念。它首先利用冷却系统的基本原理估计冷却系统的大小来发展引擎的冷却系统，描述了各部件

5、和最后的测试以作为车辆的一个组件。数字系统的应用可节省很多设计和开发时间，计算机分析模型的准确，减少零件和系统成本，以满足客户所需冷却系统。历史古希腊的科学作家斯提西比乌斯、阿基米得和阿里斯托芬和之后大约在公元前一世纪的罗马人维特鲁威和弗朗提努，曾研究并试验水的储存、输送、净化、冷却和加热性能。罗马的技术,包括焊接管接头与具有搭接接头和折迭管，至今仍被沿用于散热器管使用。压力、水头、流阻，热虹吸管，喷嘴，泵浦，热传递等的原理在当时已被开发了。早期的单缸汽油引擎使用一个开放式铸铁箱，内部装满了水来冷却汽缸壁。第一次密闭式冷引擎采用了热虹吸系统，该系统的原理是利用冷热水之间密度，通过散热器来循环换

6、热器的水。1896年由亨利福特所建的第一辆汽车也是所用热虹吸原理。热传导装置是扁平状的容器被安装在驾驶员的座椅的下方位置。汽车冷却系统的设计汽车冷却系统的设计工作可分成两个部分：1 预测早期阶段的设计在建立一个冷却系统 “基础(房地产)” 模型和基本散热器、风扇和风扇罩结构。在确立这个冷却系统时，必须非常小心，既使以后发生问题时也仅是小范围的修正。2 实车测试。早期的规则和原型是在风洞和热室中测试来选择冷却系统部件及了解汽车系统阻力特性和冷却水的流量。藉由精细冷却系统的调整来完成所有原型车辆的引擎和配件结构。最后进行实车测试而评估且确认系统的设计。预测预测或分析过程中，四个基本模型的组成要素分

7、别为车辆，传动系统，散热器和风扇。车辆该车型包括车辆系统阻力，从怠速到时速90MPH冲击空气、空调冷凝器散热、牵引力和轮胎的直径。如果是自动换档车且配备中继散热器，则中继散热器的排热也应包括进去。传动系统该驱动器模型包括引擎马力和扭矩、引擎排热给冷却水和机油、冷却水流量、自动变速箱排热给传动油、变速箱换档数、齿轮比和轴比。如果是涡轮增压引擎，马力的提升情况，也应包括在内。散热器该散热器模型包括散热和空气流量、空气侧压降、冷却水侧压降、散热和冷却水流量和迎风面积。风扇风扇模型包括风扇转速、静压、空气流量、风扇马力、扭矩和风扇效率。如果风扇是由粘性传动驱动，该驱动器滑溜性也应考虑进去。实车测试基于

8、预测模型计算选定好散热器与风扇之后，开始广泛性冷却系统的开发，并使用下列三种基本的工具：1、引擎Buck2、风洞和热室3 西南等级引擎Buck引擎Buck用于表征泵、确定垂直(管线)结构、优化出风罩(FOOS, Fan out of shroud)尺寸和图标引擎的压力与冷却水温度的关系图。风洞和热室这些都是用于测量前端的空气流量和车辆系统阻力、确定车辆的性能曲线、当超过某一范围的车辆荷载（加挂钩）时，在油门全开或减速情况下，评估系统冷却换热器、选择冷凝器和散热器风扇密封。西南等级“热旅游”在美国西南部沙漠和山区公路等级的操作，在实际驾驶牵引车和挂车且包括行驶拉斯韦加斯或凤凰城的交通条件下，确认

9、引擎冷却系统的设计汽车引擎的冷却系统的预测过程如下图：汽车引擎的冷却系统的预测过程通常一个汽车的设计通常都经过6个阶段即初步定义、初步设计、初原型(手工)、原型(制程)、试产和量化。在过去这些最多需要5年时间去完成，但在今天由于技术和高效率的提升，时间已被压缩至3年或更少。这意味着早期的设计过程中所作出的决定必须相当正确，否则会因为最后修改而耗资巨大成本且可能会延迟汽车的上市。其中，最重要的阶段是第二阶段初步设计。冷却工程师在初步设计阶段中会碰上以下组别：1 预规划工程师-设计及交出初步设计给工程委员会。2 引擎组-比冷却泵、引擎冷却电路和引擎马力和扭矩。3 造型或设计工作组起草前端项目。4

10、传动系统组-选择轴比、传动齿轮和换档数。5 引擎电子组-比操作特性。6 气候控制组-提供冷凝器散热和空气侧阻力的数据。7 空气动力学组-提供迎风面、在引擎盖和循环气流图。8 道路试验组-提供车辆负载系数信息和降低成本分析。与工程委员会沟通并提供必要的初步预测数据而开始引擎冷却设计过程。数据库会提供汽车迎风面阻力、引擎排热、风扇和散热器信息，此外往年的数据也应提供，利用所建立的数学模型可在任何标准的计算机上执行，预测和比较实际换热器性能。当然，计算机的预测的准确性取决于所建立的数学模型如何表现冷却系统。该计算机的任何预测的有效性可以根据实际风洞和车辆实测的引擎冷却数据进行比对验证。在使用应用计算

11、机模型之前，冷却设计工程师必须了解引擎冷却系统的过程。除了散热器和风扇之外，这也适用于整个冷却系统包括传动和引擎油冷却器、中间冷却器、管道等其它零组件。引擎冷却系统所需的基本数据如下：1 引擎马力和扭矩曲线。2 满载时，引擎排热给冷却水的数据。3 散热器冷却水的限制。4 冷却水泵和冷却系统阻力曲线。5 自动换文件散热到冷却水的数据。6 散热器热传导和空气侧阻力。7 散热器热传导及冷却水侧阻力。8 风扇性能。9 风扇粘性驱动滑溜。10 汽车风扇和系统的阻力。11 流经散热器的冲压空气。我们现在的目标是要利用这些信息，以适应一个散热器和风扇，以满足引擎冷却在初步设计上的限制。基本热传导方程如图1所

12、示，引擎冷却水从引擎和汽缸头中拾起热量。冷却水因为它流经散热器并将热量转移到空气中。这种热传导方式的模式可分为强制和自然对流、散热器和热传导。第一种模式是散热器的强迫对流换热，在稳流的条件下，冷却水经流散热器而与空气换热。热传导速率公式的表示为： (1)Q 是热流量， BTU/hrm 是质流， lbs/hrcp是流体比热， BTU/(lb F)T是流体温度差，F。由于空气中的热量是由冷却水赋予的，所以它流经过散热器的热量，等于转移到空气中的热量：Q冷却水= Q空气 （2）Q热传导率也是散热器本身的函数，并可表示为：Q =UoAo (LMTD) （3）Uo：总热传导系数， BTU/(hrsqft

13、 F)Ao：散热器的外表面积，sqftLMTD：冷却水和空气之间的对数平均温差总热传导系数是“内部” 热传导系数和“外部” 热对流系数的函数，因此 (4)ho：外部热传导系数Ai：散热器内表面积hi：内部热传导系数R：热对流热阻引擎排热在任何车辆中，预测过程由散热器尺寸设计开始到引擎排热给冷却水。图2提供一种典型汽油引擎的能量平衡。图2.1显示了一个典型的柴油引擎的热流特性。精确的燃料量和空气混合物以离散量被注入引擎中，在压力下点燃而作功并产生余热。燃烧产生的余热由引擎壁藉由热传导和热对流传递到冷却水。冷却水同时也吸收引擎摩擦和机油的热量。散热器的热是被强迫对流转移到大气中，冷却水是通过泵流经

14、散热器。若车辆配备有自动换文件装置，热是从齿轮箱传动油传导至冷却水。此外，如果任何换热器被安装在散热器、空调冷凝器、引擎和传动油冷却器、中间冷却器前面，当冷空气通过换热器而流经散热器时，大部分的排热被传给散热器。燃料在引擎中燃烧且热量从燃烧的气体转移到冷却水的机制是非常复杂的。有一些文献曾报导，可利用分析方法来计算引擎排热转移到冷却水的例子，它们可以作为教材使用，可用于比较不同引擎的操作模式、燃料空气混合物、容积效率等。但如果以散热器尺寸为设计目的的话，最好并建议的方法是使用实际满负载时，引擎排热的数据。该数据也可参考车辆在热风或隧道测试时引擎的转速数据。如果排热设计数据不能用，则一个引擎或车

15、辆有类似的设计特点，一些预定的设计和曲线可以应用如图3的建议。采用的数据应尽可能准确，因为2的散热误差相当于冷却水大约在2F的温度误差。同一个种类的引擎排热值可能有高达5的误差，图3的信息是相当重要的，它已尽可能地提供有用的数据。5200 BTU/min同样重要的是排热给冷却水数据的准确性、它是冷却水泵在一个引擎转速和温度范围内的流量。此信息通常是很容易得到，但应该与正在运行的车辆冷却系统包括所有管道的地方的排热测试相互应证。结果给出的数据，如图4所示。345 lbs/min12 inch HgCoolant pump 4000 ERPM引擎排热一般注意事项如果只有一个引擎的动力曲线可用，一个

16、保守WOT排热的估计如下：Q（BTU/min）= 0.65 *HP* 42.2。无负载时，排热与速度呈现一线性函数。随着马力输出的增加，排热也呈现正比例的增加。汽油引擎点火时间会影响低速部分油门的排热。燃料中空气比例的增加会减少排热，燃料的蒸发热量会降低引擎的效率。压缩比的增加会提高热效率，减少热损失。汽油引擎的排热高于柴油引擎；然而，柴油引擎具有较高的摩擦热损。设计和引擎汽车冷却系统的发展“路线图” 阶段 动作1 最大引擎马力的散热器尺寸。最大引擎马力的转速，4000 ERPM。2 在最大负载下，排热至冷却水，5200 BTU/min3 传动油排热至冷却水，720 BTU/min4 总排热至

17、冷却水，5920 BTU/min5 比条件，等级W/拖车环境 95 F冷却水250 F 传动油 300 F 引擎油 270 F空气-boil W/18 PSIG cap 115 F增幅超过环境温度155 F6 比散热器迎风面积3.9 平方英呎散热器迎风尺寸28“长x 2 0”高7 正常化排热 Q*, 9.8 BTU/hrFft28 散热器类型 横流，28”长管9 冷却水泵皮带轮的比例 1.2泵转速 4800冷却水流量 345磅/分（40.7 GPM） 泵压力降 2“汞柱10管长度校正 0.9611 从散热器出来最大空气温度 (风扇吹出) 190 F12 空气流量 260 lbs/min13 空

18、气速度 926 ft/min14 不同管长与油污时 Q*的修正值 10.417 散热器效率 6118 冷却水流出温度 230 F19 对数平均温差, LMTD 93 F20 外部散热器面积, Ao 115 ft221 总热传导系数，Uo 33 BTU/hrft2F22 内部热传导系数，hi 1290 BTU/hrft2F雷诺数, Re 9066普朗特数, Pr 6.623 外部热传导系数，ho 44 BTU/hrft2F24 内部散热器面积, Ai 3.2 ft225内/外部性能比 326空气侧压降0.43”水柱27 散热器管侧阻力5.3”汞柱 28 总冷却系统阻力, OK 12”汞柱 29冷

19、却空气流量 3611 CFM 30 风扇尖端与风扇罩间隙0.5”31 风扇直径18”32风扇皮带轮比（泵相同）1.233 风扇输入转速4800 RPM34风机驱动器180系列，cut in185 F, vis6000 cs35 风扇最大转速2800 RPM36风扇在1800转的曲线叶片数：5预计宽度: 1.5”出风扇罩 ：50（0.75”）车辆的运行中最大的部分是高速公路和城市交通驾驶和怠车。散热器、冷却风扇和冷却水泵必须满足这些条件的散热要求。车辆也希望能在更严厉的条件下操作，例如，完全满载着乘客和行李，在一大热天有顺风且开着空调的情况下，牵引一个挂车爬陡坡。最具挑战性的引擎冷却是使用在农用

20、拖拉机上。在这种情况下，冲压空气是顺风时速5 MPH且通常在散热器前面设置有一个机油冷却器，传动油冷却器及一空调冷凝器。有时甚至有一空气冷却器在这些冷却器之间。散热器迎风面积往往有限制，因为拖拉机拉重物的同时，散热器的鳍片会被堵塞。无论是多严重负载的程度，散热器尺寸的设计哲学应该随不同的车辆和引擎制造商而变。最大的变量之一是引擎冷却水温度的最高可允许范围是从225到270 F。其它的变量是可允许的载重和拖车迎风面积，锁定和非锁定的传动换檔数，无论是在多陡峭的坡，车辆都可以穿越而不会发生冷却水沸腾的现象。在美国最苛刻的驾驶条件是7月份在死亡谷开车，此时周围环境温度可达120 F。当然很少的情况司

21、机会关掉空调，散热器的尺寸设计也应符合此条件下的任何WOT的满负载的要求。在预测过程中，散热器设计开始的第一步的条件是以最大引擎马力或满负载的情况。图5显示马力的曲线，最大马力发生在4000 ERPM。从图3中得知，满负载的情况下，在此转速时引擎排热至冷却水的热量为5200 BTU/min。如果车辆有一个自动变速器，它是由水箱散热器冷却，这时还必须补充传输热损失的热量大小。达到最大马力从图6中得知，传动油散热至冷却水的热量为720 BTU/min。因此，散热器的总排热量为5920(5200+720=5920) BTU/min。720 BTU/min空气和冷却水的温度车辆行驶街道的主要模式是低于

22、满负载的情况，散热器通常要以超正常行驶情况的规格设计，如果散热器的规格是以WOT的大小设计会增加冷却系统的成本和重量。因此，空气和冷却水的温度必须选择能充分保护引擎，并能允许一个低成本的系统。引擎的耐久性和性能直接关系到冷却水的温度和引擎设计，采用的是“时间温度直方图” 的冷却水。理想情况下，在高速行驶和负载最好的情况是保持低的引擎温度，以确保高输出功率。在城市交通和低转速的情况，引擎的温度可能会提高。允许冷却水温度越高，则散热器的设计应越小，因为冷却水和空气的温度差较大。今天有部分的引擎其实是允许冷却水产生沸腾，其优点是利用冷却水的蒸发潜热，就引擎壁和冷却水之间，传统的单相对流传导来比，这是

23、一个超热传导机构。基础上，选择冷却水进入散热器的温度是相当复杂。下表是一个道路车辆例子，在一个给定的驾驶条件下，冷却水、传动油和引擎油温度的常规规格。 引擎冷却水、传动油和引擎油温度 F条件 环境温度 冷却水 传动油 引擎油温度高速公路 115 230 235 260高速公路/拖车 115 230 235 260斜坡 95 240 290 270斜坡/拖车95 250 300 270市内交通 115 230 290 260预测模型中，空气和的温度的选择为环境温度95 F和冷却水温度250 F。条件总结：散热器排热：5920BTU/min 4000 ERPM。环境温度：95 F冷却水温度：250

24、 F。注意：有时“空气到沸腾”（即此时的环境温度为散热器入口的冷却水温度，也是此冷却水的沸点）或“超出环境温度”常被用于比较条件。在这个案例（18 PSIG cap），ATB = 270-250+95 = 115 ROA=250- 95 = 155。下一步是决定散热器的迎风面积。散热器的迎风面积在前阶段散热器迎风面积设计往往决定了整个系统，至关重要的是，迎风面积不可能随意地被改变。迎风面积的设计始终是让它最好是“过多”总比不够的好。如果后来发现迎风面积太小，则散热器必须加厚借着增加每英吋的鳍片数。这样的结果会导致空气侧压降增加，因此需要一个更大的风扇设计。但因为小迎风面积而限制风扇大小，则需要

25、增加风扇皮带轮的比例，使风扇转速增加，但这又会导致噪音过大及马力提升。驱动器皮带（如果它是一个引擎驱动风扇）、泵和粘性传动耐久性必须增加，以弥补风扇马力的增加。重量和成本的增加包括保修是严重的，整个冷却系统也需调整。在迎风面积决定之前，开发车辆的引擎与传动必须深入研究，因为传动系统在负载下会影响车辆的速度。迎风面积的结构取决于预测模型，其使用类似的车辆结构、车辆系统阻力及通过散热器时，由风扇和冲压空气所造成的空气流量。散热器正前方自由流通面积的大小必须提供足够的气流来冷却引擎，从怠车到低速WOT。由类似的车辆结构和系统驱动的基础上所得到的风洞阻力数据发现，迎风面积建议为3.9平方英呎。由汽车造

26、型及硬件限制所支配的3.9平方英呎的散热器大小应封装成28英吋宽、20英吋高的空间1。1 附录1散热器的选择在选择散热器上有三个自由度(变量)：1、散热器类型（横向流，纵向流，强化管等）2、散热器厚度。3、鳍片数（每英吋鳍片数）。热传导边际收益下降及风扇转速要求增加应加大散热器厚度和鳍片数增加。冷却速度高及散热器核心薄，可能不需要增加管侧的热传导，而一散热器核心有两个或三个管厚可能需要扰流管或波纹管。扰流管会增加管侧阻力，应只有在必要时才使用。散热器应选择尽可能的薄且每英吋鳍片数最少。一个0.7英吋厚、单排散热器应被选定为第一次测试，其散热器性能如图7所示。1.0410.4 926 ft/mi

27、n图7是热传导量Q(BTU /min进口处温差迎风面平方英呎)与空气流速(std ft/min)的关系图。散热器性能数据应该是“正常化” ，使不同的散热器可以在相等的基础比较。Q是一个“正常化”热传导量。散热器排热：5920 BTU/min 4000 ERPM。环境温度：95 F冷却水温度：250 F。由汽车造型及硬件限制所支配的3.9平方英呎的散热器大小应封装成28英吋宽、20英吋高的空间。散热器正面尺寸为28”宽20”高。一般来说，冷却水进入散热器应在最短的尺寸。散热器现已成为一个横向流的散热器，其管长度为28”。由于散热器性能会随管长而变，一管长度修正因子如图8所示。在管长度校正之前，吾

28、人必须先知道冷却水流量。0.9656冷却水流量是从图4冷却系统阻力和泵曲线获得的。由图4得知，冷却水的流动是由泵路口的“节流”或泵转速曲线与系统阻力曲线的交互作用求得。从图4中得知，冷却水流量在4000 ERPM时（泵转速 4800RPM）约为345磅/分钟或40.7加仑/分钟（注：在200 F时50-50水-乙二醇密度约为8.48英镑/加仑）。管长的修正：K= 9.8*100, G= 40.7/(28/12) = 17.4, K/G = 980/17.4 = 56“正常化”热传导量QCoolent flow 345 lbs=40.7 gal/minTube length 28”图8显示管长的

29、修正约为0.96。在使用图7之前，流过散热器的空气必须先指定。空气离开散热器的温度不得超过195F来确保汽车盖下的大面积温度约225F，以防止当电子设备故障时，燃料蒸气锁住和塑料零件变形。设空气比热Cp为0.24、空气出口温度为190F且空气密度（环境温度为95F）为0.072磅/立方英呎空气流量近似值由方程式（1）求出:, lbs/min , ft/min空气密度0.072磅/立方英呎散热器迎风面积3.9平方英呎的热传导量Q应该保护2%散热器的管侧及空气侧的污染。保护Q包括管长修正如下： Q*= 9 .8/0. 96 * 1.02 = 10.41+0.02=1.02热传导量Q管长的修正值0.

30、7英吋厚、每英吋鳍片数为23的散热器，在空气流量为926 ft/min时，刚好满足这些需求。下一步是检查管侧速度以防止可能管侧和管头因高速冷却水冲刷所造成的腐蚀（大于9英呎/秒）。在200 F时，50-50水-乙二醇的密度为63.4 lb/cubic ft。管数= 每英呎核心宽28根管*20/12 =47根管。 (28英吋宽、20英吋高的空间)管总截面积= 47 * 0.0003 = 0.014平方英呎。 (47根管*单管截面积0.0002 sq ft)管侧冷却水速度= 345 /（63.4 * 60 * 0.014）= 6.5英呎/秒。(冷却水流量在4000 ERPM时约为345磅/分钟)冷

31、却水(50-50水-乙二醇)的密度为63.4 lb/cubic ft *60秒*管总截面积0.014平方英呎管侧的速度是可以接受的。 (6.5英呎/秒9英呎/秒)注意：由图7.1得知，在管侧任何一个超出给定的冷却水流速增加，名义上会增加热传导借着管侧压降的增加。散热器的效率散热器的效率、对数平均温差、总热传导系数及管侧压降的求法如下：E 散热器的效率= (T,ao - T,ai ) / (T,ci - T,ai ) (5)其中，T,ao是空气出去的温度T,ai是空气进来的温度T,ci是冷却水进来的温度(空气出口温度为190F；空气进来的温度为95 F；冷却水进来的温度为250 F)对数平均温差

32、(LMTD)冷却水流出的温度必须先确定：冷却水的流量= 345磅/分从方程式（1），冷却水的温差为：T ,冷却水= 5920 /(（345）(0.88）= 20 F其中，50-50 水-乙二醇的Cp= 0.88 BTU/lbF冷却水进来的温度为250 F冷却水出去的温度为：T, co = 250-20 = 230 FLMTD = (135-60) / ln (135/60) = 75/0.81= 93 F总热传导导系数从方程式（3），Q = UoAo (LMTD) （3）Uo：总热传导系数， BTU/(hrsqft F)Ao：散热器的外表面积，sqftLMTD：冷却水和空气之间的对数平均温差

33、(散热器排热：5920 BTU/min 4000 ERPM * 60 min/hr)Ao (0.70 *23) = 29.4平方英呎/每平方英呎迎风面的外表面积Ai (0.70*23) = 3.2平方英呎/每平方英呎迎风面的内表面积内外部热传导系数为：内部热传导系数 hi可利用下列的关系式估计：注意：一个扩充的外表面换热器，每单位空气侧面积的内外部热传导系数应约相同于换热良好的换热器设计：外部热传导系数 ho外部热传导系数可从方程式（4）决定：空气侧压降空气侧压降可直接从图7得知：条件总结：“散热器签署”散热器排热：5920 BTU/min环境温度：95 F空气进入散热器温度：95 F空气从散

34、热器出去的温度：190 F冷却水进入散热器温度：250 F冷却水从散热器出去的温度：230 F散热器迎风面积：3.9 平方英吋散热器尺寸：28英吋宽x 20英吋高x 0.70英吋厚散热器类型：横流散热器每英吋鳍片数：23空气流量：260 lbs/min95 F时空气体积：3611立方英呎/分钟空气速度：926 英呎/分钟散热器效率：61LMTD：93 F冷却水流量：345 磅/分钟冷却水速度：6.5英呎/秒Uo：33 BTU/hrsqft Fhi：1290 BTU/hrsqft Fho：44 BTU/hrsqft F空气侧压降：0.43英吋水柱下一阶段是冷却水泵的定量与风扇的选择。冷却水泵冷却

35、水泵流量受到阻力或“水头” 的影响。泵流动阻力是指通过散热器、泵和引擎后，冷却水压降的总和。图9说明散热器冷却水流动阻力。图4显示了完整的冷却水泵的性能图。散热器阻力数据是从散热器供货商提供；冷却水泵的性能可从引擎供货商获得。有时候图4的性能数据可由一个简单的冷却水-引擎转速曲线（见图4分段）来替代。这种数据必须谨慎使用，因为它是只适用于一种系统的阻力。从图9中发现，散热器对系统总阻力的贡献是5.3英吋的水银柱。在4000 ERPM、冷却水流量约345磅情况下，总系统阻力从图4得知为12英吋的水银柱高。冷却剂泵将提供所需的冷却剂流入散热器，在整个系统的设计上有管道的限制，此限制必须解决它冷却回

36、路的扩充。Coolant flow 345 lbs/min总结基本热传导方程式热传导速率能量守恒稳定状态热对流总热传导系数引擎排热汽车能量平衡尾气 36冷却水30动力 23摩擦 11散热器大小设计步骤决定引擎排热决定传动油排热比空气和冷却水温度比散热器迎风面积决定散热器流量选择散热器引擎最大马力、满载的条件开始，比空气和冷却水的温度目的选择切实能充分保护引擎，并允许一个低成本系统。|根据引擎的耐久性和“time at temperature时间温度”回顾比散热器迎风面积基准类似的车辆结构预测车辆系统阻力计算冷却水流量冷却水系统阻力泵曲线定义。由泵“节流” 交互作用或RPM曲线跟冷却水系统阻力来

37、定义冷却水流量计算空气流动质量保护引擎盖下部件，比空气流出散热器的温度为190 F计算空气速度选择散热器指导方针：尽量薄冷却水进入在最短的那边正常化条件：每平方英呎迎风面积每华氏度入口温差的热量(BTU/min)空气流量单位 呎/分钟Q* 校正污垢 2管的长度校正成每节平方英呎应用供货商提供之散热器性能曲线Q*及空气侧压降对空气流量英呎/分检查管侧速度确定散热器效率LMTD总热传导系数内、外部热传导系数回顾决定散热器尺寸的步骤1 确定最大马力时引擎的转速。2 在最大马力时，确定传给冷却水的热量Q。3 确定从传动油传给冷却水的热量Q。4 比空气和冷却水的温度：4.1 环境4.2 空气出4.3 冷

38、却水进5 比散热器迎风面积。5.1 纵向 (向下)5.2 横向6 确定从泵流出，冷却水流量曲线。7 确定空气质量。8 确定空气流速。9 从供货商提供数据，选择散热器曲线。10 规范Q至Q *11 修正Q *，弥补污垢造成的排热差异。12 修正管子长度。13 检查管侧的速度。.14 确定效率。15 确定冷却水流出的温度。16 确定LTMD。17 确定总热传导系数，Uo。18 确定内、外热传导系数，ho和hi。19 选择风扇，驱动器和罩子。习题1 散热器具有32英呎宽、36吋高，在90 F时，排热5600 BTU/min传给2800 SCFM的气流。冷却水的流速为400 磅/分钟。入口温度差为150 F。散热器每平方英呎的迎风面积的外表面面积为57平方英呎。试求总热传导系数Uo和效率