01 參數(shù)初選

根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)、液壓工作站參數(shù)及以往設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，尋找具有合適管帶規(guī)格的散熱器、中冷器、油冷器，初步選擇各換熱裝置的正面面積、芯厚、波距等，各個(gè)換熱裝置的重量風(fēng)速-風(fēng)阻曲線盡可能類似，如相同則更好。

根據(jù)顧客提供的冷卻介質(zhì)流量（額定功率點(diǎn)和最大扭矩點(diǎn)）計(jì)算管內(nèi)流速，從以往實(shí)驗(yàn)報(bào)告中調(diào)用各換熱器重量風(fēng)速-風(fēng)阻曲線。

02 沒有合適的參數(shù)該怎么辦？

如以往實(shí)驗(yàn)未做過該流速的測(cè)試，可尋找兩條相近的重量風(fēng)速-風(fēng)阻曲線，用插值法做一條需要的曲線。

后續(xù)的很多參數(shù)都可以用插值法取得。

03 并聯(lián)時(shí)換熱器的布置

并聯(lián)時(shí)換熱器左右排列，空氣同時(shí)經(jīng)過中冷器、機(jī)油冷卻器和水散熱器。

如空間不足，則可能采取中冷器、機(jī)油冷卻器并聯(lián)，再與散熱器串聯(lián)的方式。此時(shí)，又會(huì)用到串聯(lián)式散熱器的熱平衡計(jì)算。

04 環(huán)境溫度與進(jìn)風(fēng)溫度

如風(fēng)扇選用吸風(fēng)方式，空氣直接從外界進(jìn)入，則：環(huán)境溫度是各換熱器的進(jìn)風(fēng)溫度。

如風(fēng)扇選用吹風(fēng)方式，空氣經(jīng)過發(fā)動(dòng)機(jī)外表會(huì)吸收熱量，溫度高于環(huán)境溫度。各換熱器進(jìn)風(fēng)溫度會(huì)有所提高。

05 空氣流量及風(fēng)阻

散熱器、中冷器、油冷器并聯(lián)后置于某一流場(chǎng)中，當(dāng)氣流達(dá)到穩(wěn)定時(shí)，空氣流量與風(fēng)阻的關(guān)系類似于并聯(lián)電阻時(shí)電流與電壓的關(guān)系，即：它們的風(fēng)阻相等，且與風(fēng)扇靜壓相同，總的空氣流量是通過各個(gè)換熱裝置空氣流量之和。

I=I1+I2+I3            空氣流量：v=va+vw+vo

V=V1=V2=V3              風(fēng)阻：P=Pa=Pw=Po

06 風(fēng)扇曲線的選擇

選擇之一

如風(fēng)扇由發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，根據(jù)速比計(jì)算最大功率點(diǎn)和最大扭矩點(diǎn)時(shí)的風(fēng)扇轉(zhuǎn)速，確定需轉(zhuǎn)換的風(fēng)扇體積風(fēng)速-靜壓曲線極端情況下，考慮發(fā)動(dòng)機(jī)110%負(fù)荷時(shí)或超速10%時(shí)的風(fēng)扇轉(zhuǎn)速，調(diào)用體積風(fēng)速-靜壓曲線。

有的發(fā)動(dòng)機(jī)直驅(qū)風(fēng)扇時(shí)，加了硅油離合器來控制轉(zhuǎn)速，也需要對(duì)最大功率點(diǎn)和最大扭矩點(diǎn)分別計(jì)算，調(diào)用曲線。

選擇之二

如風(fēng)扇由電機(jī)或液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)，則選用電機(jī)或液壓馬達(dá)達(dá)到最高轉(zhuǎn)速時(shí)的體積風(fēng)速-靜壓曲線。

當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)提供給液壓泵的驅(qū)動(dòng)力不足時(shí)，也需考慮最大扭矩點(diǎn)時(shí)的風(fēng)扇轉(zhuǎn)速。

如風(fēng)扇轉(zhuǎn)速與計(jì)算值有差異時(shí)，可用相鄰的兩條曲線按插值法作出需要的曲線。

上述方法對(duì)風(fēng)扇轉(zhuǎn)速的調(diào)整控制都是基于發(fā)動(dòng)機(jī)的出水溫度，其它換熱裝置應(yīng)留出足夠的性能余量，以保證在最惡劣工況條件下仍能滿足散熱要求。

選擇之三

 如果在并聯(lián)式換熱器組合中，我們將風(fēng)罩按照散熱器、中冷器、油冷器的正面尺寸進(jìn)行了分割。或散熱器、中冷器、油冷器分離，風(fēng)罩獨(dú)立配置。

配備電子扇，依據(jù)每種換熱器不同的溫度要求分別控制風(fēng)扇轉(zhuǎn)速。

則選用電機(jī)達(dá)到最高轉(zhuǎn)速時(shí)的體積風(fēng)速-靜壓曲線。

對(duì)風(fēng)扇轉(zhuǎn)速的調(diào)整控制散熱器是基于發(fā)動(dòng)機(jī)的出水溫度，中冷器是基于發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣溫度，油冷器是基于液壓油工作后的溫度。，其它換熱裝置應(yīng)留出足夠的性能余量，以保證在最惡劣工況條件下仍能滿足散熱要求。

07 風(fēng)扇曲線的轉(zhuǎn)換

 不同形狀的導(dǎo)風(fēng)罩及風(fēng)圈間隙對(duì)風(fēng)扇效率均有影響，風(fēng)扇與換熱器之間的距離也會(huì)影響風(fēng)量的大小。考慮了這些因素后，我們假定風(fēng)扇驅(qū)動(dòng)空氣全部通過了換熱器。

 風(fēng)扇體積風(fēng)速-靜壓曲線是在常溫下測(cè)得，而換熱器設(shè)計(jì)考慮的是極端環(huán)境條件，溫度上升必然導(dǎo)致空氣密度下降。

根據(jù)環(huán)境溫度和換熱器正面面積進(jìn)行計(jì)算，將選定的風(fēng)扇體積風(fēng)速-靜壓曲線轉(zhuǎn)換成重量風(fēng)速-靜壓曲線。

如果長(zhǎng)期在高原環(huán)境下使用，還應(yīng)考慮海拔高度對(duì)空氣密度的影響。

08 尋找平衡點(diǎn)

做一等高線，與各換熱器的重量風(fēng)速-風(fēng)阻曲線及風(fēng)扇重量風(fēng)速-靜壓曲線相交，得到一組交點(diǎn)O，此時(shí)，風(fēng)扇靜壓與風(fēng)阻相等，分別計(jì)算通過散熱器、中冷器、油冷器的風(fēng)量，各換熱器風(fēng)量之和應(yīng)與風(fēng)扇風(fēng)量相等。

如風(fēng)量之和大于風(fēng)扇風(fēng)量，降低等高線位置，按前述方式重新計(jì)算，直到風(fēng)量相等。

調(diào)整前：V1+V2+V3＞V

調(diào)整后：V’1+V’2+V’3= V

做等高線

 下圖依次是風(fēng)扇靜壓—風(fēng)量曲線、散熱器重量風(fēng)速—風(fēng)阻曲線、中冷器重量風(fēng)速—風(fēng)阻曲線和油冷器重量風(fēng)速—風(fēng)阻曲線。

繼續(xù)尋找平衡點(diǎn)

 如風(fēng)量之和小于風(fēng)扇風(fēng)量，抬高等高線位置，按前述方式重新計(jì)算，直到風(fēng)量相等。

此時(shí)各換熱器的散熱系數(shù)，就是它所具備的散熱能力。用Uw來表述。

09 熱量的平衡

發(fā)動(dòng)機(jī)散發(fā)的熱量被強(qiáng)制通過換熱器的空氣完全吸收，則：

Qw=Qa。

Qw ——發(fā)動(dòng)機(jī)水套熱流量  

Qa ——空氣吸熱量

根據(jù)公式

Qw=Gw· Cpw· （Tw1-Tw2）計(jì)算出水溫度Tw2。

Gw——水流量   

Cpw ——水的比熱容

根據(jù)公式

Qa=Ga· Cpa· （Ta2-Ta1）計(jì)算出風(fēng)溫度Ta2。

Ga——空氣流量  

Cpa ——空氣的比熱容  

10 平均溫差

散熱器散發(fā)熱量，水溫會(huì)逐漸下降；經(jīng)過散熱器的空氣吸收熱量，溫度會(huì)逐漸上升，各點(diǎn)的氣水溫差都不一樣。

算數(shù)平均溫差：

ΔTrm≈ 

[（Tw1+Tw2）-（Ta1+Ta2）]  

                          2 

對(duì)數(shù)平均溫差：

ΔTrm=  

  [（Tw1-Ta2）-（Tw2-Ta1）]

 ln[（Tw1-Ta2）/（Tw2-Ta1）]

氣水（液氣）溫差分布圖

11 氣水當(dāng)量

計(jì)算氣水當(dāng)量，它們的值對(duì)液氣平均溫差的實(shí)際值有很大的影響。

P=（Ta2-Ta1）/（Tw1-Ta1），

R=（Tw1-Tw2）/（Ta2-Ta1），

12 修正系數(shù)

        根據(jù)P、R值查找對(duì)數(shù)平均溫差的修正系數(shù)Ft。

        如P、R值均較小，或芯體厚度較小（≤50mm ），可視  Ft≈1。

修正后的氣水平均溫差：

ΔTm= Ft ?ΔTrm

13 散熱器的散熱系數(shù)計(jì)算

帶入散熱量、進(jìn)出水溫、進(jìn)出氣溫、散熱面積、流量等參數(shù)，算出熱平衡時(shí)的散熱系數(shù)，

Uw = Qw/（S*ΔTm）

其中：S——散熱器管、帶散熱面積之和   m2

          Qw——散熱量   kw

14 散熱器散熱系數(shù)的比較

        散熱器本身具備的散熱系數(shù)Ur已通過前面的做圖法找出。

        與計(jì)算所得的散熱系數(shù)Uw比較，

30%   ≥   Ur/ Uw—1   ≥   15%

保證散熱性能有一定的儲(chǔ)備。

這里我們主要考慮了產(chǎn)品制造工藝的穩(wěn)定性和使用過程中灰塵、污漬沉積在換熱器表面對(duì)散熱性能的影響。

15 中冷器散熱系數(shù)計(jì)算、比較

中冷器散熱系數(shù)的計(jì)算與散熱器散熱系數(shù)的計(jì)算方法基本相同，由于中冷器進(jìn)氣溫度比環(huán)境溫度高得多，空氣當(dāng)量中的P、R值均較小，可視 Ft≈1。

中冷器計(jì)算所得的散熱系數(shù)與中冷器所具備的散熱系數(shù)的比較，也與散熱器的相同。

16 油冷器散熱系數(shù)計(jì)算、比較

油冷器散熱系數(shù)的計(jì)算與散熱器散熱系數(shù)的計(jì)算方法相同。

特例：板翅式油冷器的散熱管內(nèi)有既增加強(qiáng)度也提高油換熱效率的內(nèi)翅片，它的面積大小，明顯影響整個(gè)換熱器的效率，因此它的面積也被計(jì)入散熱面積內(nèi)。

17 重新計(jì)算

如計(jì)算所得散熱系數(shù)有的達(dá)不到上述要求，有的超出要求，在不改變總的正面面積的前提下，應(yīng)通過調(diào)整各個(gè)換熱器正面的方式調(diào)整散熱面積，重新尋找平衡點(diǎn)來重新計(jì)算。

如不改變總的正面面積達(dá)不到要求，可調(diào)高正面面積并重新分配，重復(fù)步驟1~16。

如正面面積不可調(diào)整，可調(diào)整個(gè)別或全部散熱管帶規(guī)格再重復(fù)步驟1~16。

這是一個(gè)痛苦的過程，需反復(fù)地畫等高線來找平衡點(diǎn)。

18 油冷器、中冷器的特殊性

通過調(diào)整油冷器的油流量，可顯著提高油冷器的散熱性能，但同時(shí)油冷器承受的壓力也顯著提高。不得已時(shí)可考慮此方案。

通過改變中冷器散熱管的形式，如將普通的口琴管改為內(nèi)翅片管，加大內(nèi)部散熱面積也可顯著提高中冷器的散熱性能，但同時(shí)中冷器的內(nèi)壓降也顯著提高。U型循環(huán)時(shí)，不建議采用此方案。

19 進(jìn)入圖紙?jiān)O(shè)計(jì)階段

        計(jì)算結(jié)果 :1.30≥ Ur／Uw≥1.15

        包括中冷器、油冷器在內(nèi)，各個(gè)換熱器的計(jì)算結(jié)果均應(yīng)滿足此條件。

        參數(shù)設(shè)計(jì)滿足要求，可以進(jìn)入圖紙?jiān)O(shè)計(jì)階段。

編輯：李大鈞