计算说明书-XX冷却系统

计算说明书
题目：X X冷却系统
设计:
校对:
审核:
批准:
XXXXXXXXXX 有限公司
XX冷却系统计算
冷却系统的作用是在所有工况下，保证发动机在最适宜的温度下工作，冷却系统匹配的是否合适将直接影响到发动机的使用寿命和燃油经济性，所以在冷却系统的设计及计算中，散热器的选型以及风扇的匹配对冷却系统起着至关重要的作用。

为便于组织气流，散热器布置在整车的前面，但由于受到整车布置空间的限制，在其前面还布置了空调冷凝器，这会增加风阻，影响散热器的进风量，从而影响冷却系统的冷却能力。

风扇布置在散热器后面，靠风扇电机带动。

1.发动机参数
2.发动机散热量
估算发动机在额定功率点、扭矩点、怠速点的水套散热量：
2.1.发动机额定功率点水套散热量为：
Q w=Ag e P e H u=56.94 kW（34 kW ——ZZ 提供，远小于估算值）
A-传给冷却系统的散热量占燃料燃烧产生热量的百分比，取
0.25（Q w以实测值为准，A取值一般0.23~0.3）
g e-发动机燃油消耗率,取290g/kW·h（按万有特性曲线）
P e-发动机功率，取65kW（按发动机标定数据）
H u-燃料净热值，取43500kJ/kg（RON 93#汽油）
2.2.发动机扭矩点水套散热量为：
Q w=Ag e P e H u=40.54 kW（26 Kw—— ZZ 提供，远小于估算值）
A-传给冷却系统的散热量占燃料燃烧产生热量的百分比，取
0.25（Q w以实测值为准，A取值一般0.23~0.3）
g e-发动机燃油消耗率,取280g/kW·h（按万有特性曲线）
P e-发动机功率，取47.93kW（按发动机标定数据）
2.3.散热器选择
根据选型的散热器的散热量，验算最大功率点：
Q w = kSΔt
k-散热器的传热系数，kW/（m2·℃）
传热系数k受下列因素影响：1、冷却管内冷却液流速；2、散热器的材料和管片的厚度；制造质量；通过散热器芯部的空气流量或风速；经对铝制散热器的传热系数进行统计取0.2。

Δt-冷却常数，散热器的内外温差，根据下列关系得到：
冷却液为乙二醇和水50%：50%，其常温沸点108℃，散热器进口温度为50℃。

Δt=108℃-50℃=58℃。

S-散热器的散热面积，根据表三为5.4 m2。

散热器的散热量Q w =62.64 kW>56.94 kW，安全系数为1.1，满足最大功率点散热的使用要求，
表二 YY(1.3L/S11加厚型)散热器参数
YY(1.3L)散热器（芯部尺寸：518×297×34）试验时间：
通过散热器的风速在额定工况下一般在8-10m/s，对比以上两散热器风速为8m/s参数，通过类比法可知XX的风阻小于YY，而散热量与YYY接近，有利于降低风扇功率消耗，延长风扇使用寿命，更有利于散热，能够满足使用要求。

3.水泵
由XX1散热器试验数据可知，水泵流量应大于100L/min,压力应大于70kpa,XXX提供的发动机水泵数据如下表，能够满足设计要求：
4.风扇的匹配选择：
按定型的散热器，根据散热器的宽度637.5mm及周边的结构、整车的布置，选择两个Φ280mm塑料吸风式轴流电驱动风扇，在冷却液温度高时温控开关接通，使风扇转动，带动空气向后侧流动，形成气流，
气流通过散热器芯部时，吸收掉部分散热器水管的热循环冷却液的热量，并散发出去，使发动机维持在适当的工作温度范围内。

但是由于风扇结构对性能要求影响较大，在厂家不能提供详细试验数据的情况下，还需进行整车验证。

风扇的参数如下：
叶片直径：Φ280mm
在12±0.1VDC时，转速=2300±150rpm
风扇风量≥1050m3/h
风扇静压≥80kPa（具体静压差的点根据实际情况给定）
噪声<73dB（根据整车噪声标准法规给定）
开启温度：88±1.5℃（略高于节温器的初开启温度87±2℃）最大电流：≤15A
其中：计算风扇风量Q=SV
S-冷却风扇覆盖的散热器面积；
V-冷却风扇强制提供的风速，根据工况条件估算取9m/s，即可达到最大功率点散热器的散热量的要求；
Q=π/4×0.282/2×9×3600=998 m3/h，取≥1050m3/h
5.验算典型工况
5.1.怠速点
由于没有发动机在750rpm的油耗，近似取1000rpm点。

发动机的散热量为：Q w＝Ag e P e H u=11.6 kW（10 Kw， ZZ 提供在1500rpm的点，小于估算值）
A-传给冷却系统的散热量占燃料燃烧产生热量的百分比，取0.25
g e-发动机燃油消耗率,取400g/kW·h（按万有特性曲线）
P e-发动机功率，取9.6kW（根据发动机标定数值）
按散热器性能估算此时散热器散热量为Q c=20kw
冷却常数:
Δt=1.1×（t冷却液沸点-t进口温度）×Q w/ Q c=37°C
许用环境温度：
t=108-37=71°C＞45°C匹配合理
5.2.2档40km/h,10%坡度
由动力性计算可知：S22 在40km/h，10％坡度时，需要克服的行驶阻力为1615N，对应发动机转速为3200rpm，对应发动机扭矩约为59.7Nm，发动机功率为20kW。

查XX1.3LCBR 验收时万有特性曲
线可得对应发动机比油耗为285g/kW·h。

发动机散热量为：Q w＝Ag e P e H u=17.2kW
A-传给冷却系统的散热量占燃料燃烧产生热量的百分比，取0.25
g e-发动机燃油消耗率,取285g/kW·h（按万有特性曲线）
P e-发动机功率，取20kW
此时发动机转速约为根据经验可知在40km/h时可以产生4m/s的风速。

按散热器性能此时散热器散热量为Q c=34kw。

冷却常数:
Δt=1.1×（t冷却液沸点-t进口温度）×Q w/ Q c=32°C
许用环境温度：
t=108-32=76°C＞45°C匹配合理
6.结论
由以上计算结果可以看出，冷却系统选型是满足设计要求的。

但是在计算过程中由于具体的试验数据不全和有些系数的选取受整车布置影响较大，因此以上计算结果仅是对设计起指导作用，具体冷却性能还需要实车验证。

附：散热器开口比计算
XX新造型开口比计算
图 1
散热器正面积：
Ar=637.5×349.2=222615 mm2=0.222615 m2
经牌照板遮挡后正面直接进风口面积如图2：
A i=2*0.0013+0.75*（0.0189+2*0.0013+2*0.0047+2*0.0003）=0.02623 m2
此部分开口比λ= A i / Ar=11.8%
其中考虑格栅上网格影响，有格栅的进风部分的面积折算系数取0.75
图 2
正面间接进风口面积如图3：
Ao=0.75*[（0.0662-2*0.0047）*0.4+（0.1042-0.0189-0.0616-2*0.0003）*0.4+2*（0.0328-0.0013）*0.4]=0.04287 m2
上部侧面进风导流角度为35°，折算系数η=0.4；两侧面及中部进风导流角度为35°，折算系数η=0.4；
牌照板的面积为440*140=61600 mm2=0.0616 m2
进风口有效面积A in= A i+ Ao=0.0691 m2
最终的开口比：λ= A in/ Ar=31%。