车辆发动机多风扇散热器性能研究

刘立志

摘   要：散热器是工程车辆的心脏，如果不能很好地处理好散热器的问题，那么汽车的故障率就会增加，汽车使用成本也会随之增加。随着汽车冷却系统要求的提高和车内空间的限制，对散热器的性能和结构进行优化分析，研究热点是一种高效细致的散热器结构。在冷却系统中，许多工程机械的热源和冷却剂都是热交换的，加热后冷却液通过冷却风扇的作用冷却，提高了可靠性。笔者根据多年在汽车企业工作的经验，特别是发动机内部的研究，在前人大量研究基础下对工程机械散热器的性能进行了研究。

关键词：工程车辆  发动机  多风扇  散热性

中图分类号：U464.138+.2                        文獻标识码：A                        文章编号：1674-098X（2020）06（a）-0072-02

工程车辆是现代工程机械，为了提高施工效率，广泛应用于农业、林业、水利、能源开发、采矿、货物运输等大型工程中。一般包括推土机、履带拖拉机、装载机、装载机挖掘、自动卸车等，工程车辆属于非道路车辆，作业环境复杂，驾驶条件不好，所以这种车辆对动态性能要求严格。笔者取某大型机械工程车辆为例，与一般道路车辆的引擎相比，最大的区别是电力强度大，扭矩大，引擎保持低速度运转的时间特别长，所以对该车辆冷却系统和排气系统的设计又提出了更高要求，确保车辆长期、高效、稳定的工作是统筹设计动力的目标，因此对这种工程车需要全面优化冷却系统。

传统的汽车发动机单层风扇散热器中，冷凝器的油量分布不均匀，所以散热器栅极的各个部分存在温差，但是风扇输送的冷却气流分布与散热器扁平管的温度分布不一致，零部件局部温度过高，导致水管破裂、散热器变形，散热器的散热性能恶化严重影响汽车发动机性能，造成油耗量增加、排放污染、电力和扭矩下降等问题。基于针对传统的单式风扇散热器的改善，使用多个风扇布局，使散热器各部分的温度分布均匀，从而减少散热器部分的蓄热现象。

对发动机风扇及其冷却系统的研究主要集中在冷却风的计算和检验上，原先的设计只是仅满足设计要求，而没有优化冷却风和压力的相关因素。本文基于某中型机械车辆整车设计，在动力集成中对冷却系统和排气系统进行研究，讨论动力集成系统中冷却系统的设计和优化。中心重点是对多风扇散热器内部的优化。

1  多风扇散热器模型的建立

在工程车辆发动机冷却模块地热平衡分析中，想要测量其内部冷却模块地风非常的不容易，这个东西对冷却风扇性能、防热挡风板和通风阻力会有很关键的作用。考虑到发动机室内空气流动的复杂性，实际热平衡分析和冷却系统设计大部分都是以实验分析为基础的，建立冷却模块地各个零件性能和整车冷却系统性能的测试数据库，模拟冷却风量，模拟车辆冷却系统各部件的匹配分析和设计通过风口试验，可以获得一定速度内的风和风的曲线，如果速度不同，可以根据下意识获得风的量和风的曲线。

2  多风扇散热器性能的分析

分析热流体状态对散热器性能的影响。考虑到空气流动状态、热流体侧面流动状态的变化和散热器性能的影响，为了得到正确的分析结果，在研究过程中，冷流体侧的特性不变。即，翅片的类型、进口温度和流量都是固定值。

2.1 翅片结构参数

2.1.1 翅片高度对散热器性能影响

翅片传热机制分析对流加强技术分为主动加强和被动加强，主动增强技术主要包括机械搅拌、电磁场、电热表面振动、流体振动等方法。被动强化技术主要是特殊处理表面法、粗糙表面法、扩张表面法、气流装置法等，在这一节中，强化锯齿的方法是通过被动强化技术的扩张表面法增加第二次环热面积，这样可以更好地增加热量，在导热过程中，传热的过程是一次交换面，在第二次热交换面也会发生。

2.1.2 翅片形状对散热器强度的影响

流体入口状态对散热性能的影响，在工作过程中，冷热流体的作业状态不固定，基于冷热流体的进口温度的影响因素，分析了不同冷热流体的进口温度对散热器性能的影响。

2.1.3 对于板翅式散热器

流入散热器的流体分配总是不均匀，一般流体分布不均匀有两种情况。一是进口结构或安装位置不合理，使流体进入散热器的分布不均匀，流体不平衡分布在很大范围内影响散热器的性能。另一方面，由于散热器内叶形的制造加工缺陷或安装过程中存在偏差，导致内部叶片受损，结构受损。因此，机身在冷却片中不均匀流动，影响散热器的整体性能。

2.1.4 板翅层数

随着机翼层数量的增加，散热器的效率越来越高，进口流量增加，散热器的效率越来越低。比起散热器的流量偏差系数曲线，同层散热器的流量偏差系数越低，效率越高，相互之间不同层散热器的流量偏差系数越大，效率越高。其原因在于不同层数地散热设备在同一空气供应条件下，其设备的层数越多，各个层水地流量越小，流速越慢，流体地换热就越充分。所以，流体进出口温度差大，暖气效率也会提高。

2.2 密封性

从散热器的性能来看，不同风扇的旋转速度，不同散热器的电热性能变化趋势有所不同。散热器组件密封后，变速器油散热器的流量增加，通过前面两个散热器热量均减小。

2.3 散热器间距

在一定范围内，散热器之间的距离增大，提升冷却液散热器的电热性能。随着距离的增加，冷空气的温度和速度的不均衡分布会在进入下一个散热器前有所混合，随着距离的增加，混合冷却液散热器的性能越充分。综上所述可以分析得到，增加间距后，空气温度和速度的均等性变好，有利于改善变速器油散热器的热量。但是冷却液散热器的热交换器性能变好，通过水箱的厚度，冷却空气温度相对升高，变速器油散热器的热交换环境恶化，性能低于原状态，各散热器的电热性能变化趋势与风扇的旋转速度不同，散热器组件的总和热性能随着散热器之间的距离而发生变化，散热器之间的距离越大，散热器模块的总热量就越大。根据前人的分析，随着距离增加，前排散热器的进场速度和温度不均匀的空气有一定的混合，混合后的空气越均匀，就有利于散热及换热。

3  结语

本文从工程车辆方面讨论了发动机冷却风扇的设计和优化，主要结论如下。

（1）根据热平衡方程式，引导发动机风扇所需冷却风的关系，对工程车的散热及发动机散热模型进行了建立。

（2）为了最大限度地获取热量，风扇和散热器之间的距离越大越好，中间有最好有平稳的过度，根据实际工程组装等情况进行调整。

（3）合理解决散热问题，可以提高发动机的利用率。

（4）减少工程汽车的召回率，满足其销售要求和客户的满意程度。

参考文献

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