发动机冷却系统研究综述
航空发动机涡轮叶片冷却技术综述
航空发动机涡轮叶片冷却技术一、引言航空发动机自诞生以来，对它的基本发展要求就是推力更大、推重比更高、耗油率更低、质量更轻、耐久性更好和费用更低等。
因此，航空发动机涡轮的发展趋势主要在以下两个方面：其一是不断提高涡轮前温度；其二就是不断增加涡轮气动负荷，采用跨音速涡轮设计方案，减少涡轮级数和叶片排数。
在现有技术条件下，并在保证尺寸小、质量轻的情况下，提高涡轮前温度，是获得大推力和高推重比的主要措施之一。
从理论上讲，涡轮进口温度每提高100℃，航空发动机的推重比能够提高10%左右。
当前，先进航空发动机涡轮前温度已经达到1900K 左右，这远远超过了涡轮叶片所用的高温合金材料的熔点温度。
为了保证涡轮叶片在高温燃气环境下安全可靠地工作，就必须对叶片采取冷却和热防护措施。
对于高温所带来的一系列问题，解决的办法主要有两个：一是提高材料的耐热性，发展高性能耐热合金，制造单晶叶片；二是采用先进的冷却技术，以少量的冷却空气获得更高的降温效果。
其中材料的改善占40%，冷却技术占60%。
对于军用航空发动机，第3代的涡轮进口温度为1680~1750K，涡轮叶片耐温能力主要通过第1代单晶合金或定向合金和气膜冷却技术保证；第4代的涡轮进口温度达到1850~1980K，涡轮叶片耐温能力主要通过第2代单晶合金和对流-冲击-气膜复合冷却技术来保证；未来一代的涡轮进口温度将高达2200K，预计涡轮叶片耐温能力通过第3代单晶合金或陶瓷基复合材料等耐高温材料和包括层板发散冷却在内的更加高效的冷却技术来保证。
二、航空发动机涡轮叶片冷却技术概述涡轮冷却技术研究始于上个世纪40年代，大约在1960年，气冷涡轮首次应用于商业航空发动机上。
经过多年的发展，目前基本上形成了由内部冷却和外部冷却构成的涡轮叶片冷却方案。
1.内部冷却其基本原理是冷气从叶片下部进入叶片内部，通过带肋壁的内流冷却通道，对叶片的内表面实施有效的冷却，一部分冷气通过冲击孔，以冲击冷却的形式对叶片前缘内表面进行冷却，剩下的一部分气体经过叶片尾部的扰流柱，被扰动强化换热以后从尾缘排出。
发动机冷却系统综述与构造
2、强度适宜： （1）、强度不够——发动机过热，则其中运动机件将因
高温膨胀而破坏正常配合间隙，或因润滑油在高温下失 效而卡死；各机件因高温导致机械强度降低甚至损坏； 发动机工作过程因高温导致吸气量减少甚至燃烧不正常 而使发动机动力性、经济性指标下降等，因此发动机不 可以在过热条件下工作。
（2）、强度太大——发动机若过冷，
发动机冷却系统综 述和构造
发动机冷却系统综述和构造
导入—— ①、一般10KW以上的发动机必须设置专门的冷却
系统 ②、虽是辅助系统，但很重要 ③、本章难点不多，但重点不少 ④、与空调和暖风系统密切相关 ⑤、该系统的正确使用非常重要
§9-1 概述
一、不设冷却系导致发动机过热的危害 1、爆震 2、早燃 3、早燃性表面点火 4、关机后继续燃烧 5、NOx排放增加 6、活塞顶烧穿 7、汽缸垫烧蚀 8、间隙破坏，活塞卡死或拉缸 9、排气门卡死、折短、或撞坏活塞 10、润滑失效
①、则散热损失增加，功率下降；
②、对柴油机，机油粘度较大 ，摩擦功率损失较
大，导致发动机动力性、经济性指标也降低；
③、对汽油机，已汽化的燃油又凝结并流到曲轴箱， 稀释了机油而影响润滑，结果也使发动机动力性、 经济性指标下降，磨损加剧；
④、另外，酸性腐蚀增加，汽缸磨损加剧（举例） ⑤、积聚性工作粗暴； ⑥、排放恶化； ⑦、间隙增加； 3、防涨坏和压瘪性能好：（防冻孔、弹性水套、膨
二、冷却系统的功用： 1、及时散发机件本身的热量。 2、使发动机在所有工况下都保持在适当的温度范围 （75- 105℃），防止发动机过热或过冷。 3、在发动机冷起动后使发动机迅速升温，尽可能缩短 暖机时间。
三、发动机对冷却系统的要求： 1、布置合理 （1）、无局部过冷区 （2）、无局部炽热区 （3）、无滴漏 （4）、易维护
汽车发动机冷却系统的发展与现状
汽车发动机冷却系统的发展与现状摘要：早期的发动机冷却系统虽能满足汽车的基本使用要求，但在满载或者恶劣的环境中容易出现问题。
在当今日益重视环境保护、提倡节能和舒适性的情况下，发动机的结构、性能和汽车整体性能都有很大的发展，冷却系统正朝着轻型化、紧凑化和智能化的方向发展。
为此，重点介绍了国内外汽车发动机冷却系统的研究及发展情况，并做了简要分析。
关键词：冷却系统；冷却介质；冷却机理１发动机冷却系统向智能化方向发展发动机冷却系统是汽车的重要构件。
汽车水冷发动机冷却系统主要由发动机冷却水套、冷却水泵、节温器及冷却风扇等部件组成。
传统冷却系统采用的是冷却风扇或离合器式冷却风扇，两种风扇均由发动机曲轴通过皮带驱动，其冷却调节的灵敏度不高，功率损失也很大。
为解决这个问题，就出现了自控电动冷却风扇。
２冷却系统的冷却介质目前，发动机广泛采用液态水作冷却液。
水作为内燃机冷却系统的冷却介质具有很多优点：在性能方面，它性能稳定、热容量大、导热性好、沸点较高；在经济性能方面，它资源丰富、容易获取。
但另一方面，水作为冷却介质也存在着两个较大的缺点：一是冰点高，在０℃时结冰，造成冬季使用困难；二是水具有一定的腐蚀性，对发动机冷却系统有损害作用。
另外，水做冷却液的冷却系统，体积较庞大，不利于汽车内部结构的优化和整体质量的减少，增加了发动机功率的额外消耗。
天然水中一般都含有部分矿物盐类（ＭｇＣｌ２、Ｃａ（ＨＣＯ３）２等），当水在发动机冷却系统内受热时，碳酸盐会在冷却系的壁上形成很难除去的水垢。
导热性能很差。
当水垢聚积过多时，会使发动机冷却性能恶化而导致过热。
另外，溶解在水中的某些盐类（如ＭｇＣｌ２）在受热时产生水解作用，生成Ｍｇ（ＯＨ）２和ＨＣｌ。
其中ＨＣｌ是一种腐蚀性很强的酸。
因此，当水中含矿物盐类过多时，对发动机的冷却系统是很不利的。
为了防止水垢的产生和水的腐蚀作用，在冷却水中加入了防腐蚀剂（重铬酸钾Ｋ２Ｃｒ２Ｏ７）；为了解决水在０℃时结冰的问题，一般采用防冻液来作冷却液，常见的有丙稀二醇、甘醇、硅酸盐、有机酸等。
发动机冷却系统的研究与优化设计
环球市场/理论探讨-66-发动机冷却系统的研究与优化设计王文涛 满文林长城汽车股份有限公司徐水哈弗分公司动力事业部摘要：冷却系统不仅对发动机的可靠性会产生重大影响，而且也是影响发动机动力性和经济性的重要因素，其功用就是保证发动机在任何负荷条件下和工作环境下均能在最适合的温度状态下正常和可靠地工作。
通过对冷却系统散热量和内部结构的计算，采用有限元分析手段对冷却系统散热器结构进行流体分析，优化结构设计，提高动力系统性能。
本文就发动机冷却系统开展研究。
关键词：发动机冷却系统；设计；要点冷却系统是发动机的重要组成部分，对发动机的动力性、经济性和可靠性有很大影响。
随着发动机转速和功率的不断提高，对冷却系统的要求越来越高，因而对发动机冷却系统的设计与研究也愈来愈深入。
散热系统设计，主要考虑要点如：散热量、冷却形式、冷却流量、散热面积等要素，下面文章将会就这些方面进行简要阐述和分析，仅供参考。
1 发动机冷却系统的作用发动机工作时，由于气缸内混合气燃烧而释放出大量的热量，其中约三分之一的热量通过与高温燃气接触的零件传给冷却系统。
按照热平衡的热量分配，必须将散入冷却系统的热量，应当由冷却介质散走。
汽油机可达2500/2000，除机械负荷产生应力外，热负荷也会在零件内引起热应力，因而活塞、气门、气缸壁、气缸盖等与高温燃气接触的零部件要承受很大的机械负荷和热负荷。
零部件由于强烈受热而温度升高，若不及时散热，则会造成发动机过热。
过度地冷却会造成不良的后果。
过度冷却使得大量的热量被冷却介质带走，造成发动机的输出功率减小和油耗增加：过冷还会使汽油机混合气形成不好， CO 和HC 排放增加：润滑油由于温度低而粘度变大，使运动件间的磨损加剧，尤其是气缸的磨损会成倍增加，因此对发动机的冷却要适度。
2 冷却系统的优化设计2.1 散热器结构设计提高散热器的散热能力，是冷却系统设计的重要环节。
1)增大散热器芯部正面积。
在安装空间允许的前提下，采用大的芯部面积，对冷却系有利，这样可以缩减芯部厚度，从而提高散热效率和降低风扇消耗功率和风扇噪声。
汽车发动机冷却系统的冷却性能研究
汽车发动机冷却系统的冷却性能研究第一章前言汽车发动机的冷却系统是整个发动机系统的重要组成部分，它的冷却性能直接影响发动机的可靠性和寿命。
随着汽车行业的不断发展，发动机的功率越来越大，对冷却系统的要求也越来越高。
因此，研究汽车发动机冷却系统的冷却性能变得越来越重要。
本文将重点研究汽车发动机冷却系统的冷却性能，并针对该问题进行探讨和分析，以期提高发动机在实际使用中的可靠性和安全性。
第二章汽车发动机冷却系统的基本构成汽车发动机冷却系统主要由水箱、水泵、散热器、风扇、水管等部分组成。
其中，水箱是冷却系统的主要部分，它起到储存和循环冷却水的作用。
水泵则通过叶轮的旋转来产生压力，使冷却水循环流动。
散热器是将冷却水里的热量散发出来的部分，通过其内部的管路和外界空气交换热量实现散热。
风扇则通过吸风和排风的方式，进一步加强散热效果。
水管则连接着各个部件，实现整个冷却系统的连通。
第三章汽车发动机冷却系统冷却性能的影响因素汽车发动机冷却系统冷却性能受多种因素的影响。
首先，冷却水的流量和压力对冷却性能非常重要。
流量越大、压力越高，冷却效果就越好。
其次，散热器的面积和散热材料的导热性能也是影响冷却性能的重要因素。
散热面积越大，导热性能越好，冷却效果就越好。
此外，外界的气温和湿度也会影响汽车发动机冷却系统的冷却性能。
温度越高，湿度越低，冷却效果越好。
最后，发动机负荷和运行状态也是冷却性能的影响因素。
发动机负荷越大，运行状态越高，发热量越大，对冷却系统的要求也就越高。
第四章汽车发动机冷却系统冷却性能的测试方法为了测试汽车发动机冷却系统的冷却性能，可以采用多种方法。
其中，最为常见的方法是通过测试冷却水的温度来评估冷却效果。
在测试时，首先需要将发动机启动，并使其以一定转速运行。
然后，将温度计插入冷却水中，记录冷却水的温度变化。
根据温度的变化可评估冷却效果。
此外，还可以使用热像仪、激光测距仪等高级测试工具来测试冷却效果。
第五章汽车发动机冷却系统冷却性能的优化方法为了优化汽车发动机冷却系统的冷却性能，可以采用一些方法。
现代车用发动机冷却系统研究状况及发展趋势
发动机冷却系统研究综述_关立哲
2 流体流动与传热研究现状
流体流动与传热涉及流场分布、 温度分布、压 力分布、冷却均匀性和壁面换热系数等,流体的流动 与传热方式直接影响冷却系统的效能。 研究内容包 括流体流动、流固耦合传热、一维与三维联合仿真,
散热器的材质选择对其结构与特 点, 通过试验得出了铝质管带式散热器在叉车上使 用时体积大幅缩小, 散热性能远远优于铜质管片式 散热器。
4 电控冷却系统研究现状
传统的机械式冷却风扇、水泵等与曲轴相关联, 很容易出现冷却水温偏离正常工作范围的情况。 因 此,将传统的机械式水泵、风扇与发动机解耦,并采 用电控式节温器, 实现对冷却介质的单独控制是非 常必要的。 研究内容包括单一部件电控研究、多部 件联合电控研究与控制策略的开发研究。 4.1 单一部件的电控研究
关立哲 王 威 何西常 张众杰：发动机冷却系统研究综述
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冷却系统的控制策略主要根据冷却液的温度、 发 动 机 转 速 与 扭 矩 等 指 标,CPU通 过 信 号 采 集 处 理 给出控制指令,调节冷却系统各部件的工作状态。 国 内对发动机电控冷却系统控制策略的研究主要有 开环控制策略、闭环控制策略，模糊控制策略等。 文 献[23]针对某型 柴油机,通过 对其散热 需 求 分 析,提 出 了以发动机工况为主的开环预调控制策略和以发 动机出口冷却水温度为控制目标的闭环反馈控制 策略。 该策略可保证发动机在不同的环境温度和工 况下冷却强度适宜,降低冷却系统的功耗。 模糊控制 策略利用模糊数学，把人工控制策略用计算机来实 现，不依赖精确的数学模型,对系统参数的变化不敏 感, 解决了采用常规的PID控制, 系统模型难以建立 的问 题，如文献[24-25]采 用模糊控制 策略,使 发 动 机 的 工作温度适中保持在最佳范围内。
汽车发动机冷却系统研究现状与发展方向(刘卫民Z11030187)
汽车发动车冷却系统研究现状与发展方向刘卫民 Z110301871 引言随着现代车用发动机采用更加紧凑的设计和更大的单位体积功率，强化程度越来越高，发动机产生的热流密度也随之明显增大,目前几乎所有的发动机强化都面临着如何解决高功率密度下的冷却及热平衡问题,在满足不断提高的输出功率的同时，又要具有良好的经济性。
此外,日益严格的排放标准也对冷却系统提出了新的要求。
冷却系统工作性能的优劣，直接影响着动力系统的整体性能。
开发高效可靠的冷却系统，已成为发动机进一步提高功率、改善经济性所必须突破的关键技术问题。
因此,采用先进的冷却系统设计理念，对柴油机冷却系统进行深入研究具有十分重要的实际意义.2 影响发动机冷却系统的因素以及目前存在的问题2.1影响发动机冷却系统的因素水冷式发动机通常采用闭式强制循环冷却系统，主要由冷却水套、水泵、风扇、散热器、节温器、循环管路等组成。
由于组成冷却系统部件众多且结构复杂,加上发动机运行工况的多样性，其影响因素也是多方面且错综复杂的.总体来说，影响冷却系统的主要因素主要有循环冷却水量、冷却空气流量、冷却水道结构和散热效率【1】。
循环冷却水量和冷却空气流量主要由散热量决定.对于诸如发动机燃烧室等严重受热的零部件以及一些关键的区域，循环水量的控制就显得尤为重要,这不仅与水泵的特性、冷却水套结构密切相关,同时还与冷却水水温有关，因为冷却水高温沸腾产生的气泡阻力对循环水量有着显著的影响.空气流量主要与风扇直径、转速、叶片形状、流阻特性、水箱与风扇叶片相对位置以及机舱背压等因素有关。
合理而有效的冷却水道结构能减少流动过程的涡流、节流等损失,提高关键区域流速的同时避免非关键区域的过度冷却，从而大大提高冷却效率。
散热效率则主要与散热器、中冷器等主要散热部件有关,要求散热器具有足够的散热面积。
以上几个因素并非孤立的,而是相互影响和相互制约的,需要综合考虑。
2。
2目前存在的问题目前，高功率密度的增压柴油机由于热负荷和热应力过高,依然存在关键区域冷却不足、零件热疲劳失效、过热产生裂纹等问题。
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关立 哲 ’ 王
威 。 何 西常 。 张 众杰
（． 事 交通 学 院科研 部 １军
２军 事交通 学 院研 究 生管理 大 队） ．
［ 要］ 摘 分别从 流 体 的流动 与传 热 、 冷却 系统与 发 动机 的 匹 配与优 化 、 冷却 系统各 部件 的 电子
控 制进 行 了论 述， 绍 了发 动机 冷却 系统 的研 究现 状 与研 究 方 法 ， 介 总结 了智 能化 控 制是 发 动机 冷 却 系统研 究 的发 展趋 势 。
进 了水 套 的设 计 。由于 流体 的流动状 态直 接影 响到 高 温零 部件 的冷却 ， 冷却水 套 内部 结构 复杂 ， 而 试验 方 法难 以进行 更 详细 的 研究 。因此 ， 流体 流 动 的数 值 模拟 方法 逐渐受 到人 们 的重视 。 献［ 用Ｓ Ａ 文 ２ １ 利 ＴＲ
流 体 流动 与 传热 涉及 流 场分 布 、温度 分 布 、 压
力 分 布 、 却 均匀 性和 壁 面换热 系数 等， 冷 流体 的流动 与传热 方式 直接 影响冷 却系统 的效 能 。研 究 内容 包
括 流 体 流 动 、 固耦 合 传热 、 流 一维 与 三 维 联合 仿 真 ，
稳 态传 热 。 显然 ， 顺序 耦 合 只考 虑 到气 缸 套外 壁 的温度 对
（ 关键 词 ］ 发动机
冷 却 系统
综述
Ｋ ｅ ｒ ：Ｅｎ ｉ ｅ ｙ ｗｏ ｄｓ ｇ ｎ Ｃｏ ｌｎ ｙ ｔ ｍ Ｓ ｍｍａ ｉａ ｉｎ ｏｉ ｇ ｓ ｓｅ ｕ ｒｚ ｔｏ
Ｏ 引 言
发 动机 冷却 系 统 由冷却 风 扇 、 泵 、 温器 、 水 节 散
热 器 和 冷 却 水 套 等 部件 组 成 ，每 个 部 件 的结 构 尺 寸 、 置位 置 、 织 形 式 、 料性 质 、 作 方 式 的 不 布 组 材 工 同都会 对冷却 系统 的性 能产生 影 响。 如今 ， 随着发 动 机 强化 程度 的 不断 提高 ， 内零部件 承 受 的热负 荷 缸 不 断增 加。这 就需 要增 加冷 却 系统 的冷 却能 力来 带 走 过 多 的热 量 ； 此外 ， 发动机 冷 却 系统 的性 能直接 影 响缸 内工作 过程 和有 害 气体 的排 放，日益严 格 的排 放 法规 也对冷 却 系统提 出 了新 的要 求 。 因此 ， 高 开发 效 可靠 的冷 却 系统 已经成 为 制约发 动 机进 一步 提 高功 率 、 善经 济性 所 面 临的关键 问题 。 目前 ， 内 改 国 外 对 发 动 机 冷 却 系 统 的研 究 主要 有 试 验 研 究 与 数 值 仿 真研究 两 个方 法，数值 仿 真研究 又 包括 一维 仿 真 方法 、 Ｆ 仿 真方 法 、 维仿 真 与Ｃ Ｄ 真 联合 的 ＣＤ 一 Ｆ仿 方 法 。国 内采 用Ｃ Ｄ 真方法 比较 晚， 最 近几年 针 Ｆ仿 但
顺 序耦 合 是 一种 单 向传 递方 式 。 活塞 组 、 缸 套 、 将 气 冷 却介 质作 为 一个耦 合 体，采 用顺 序耦 合 的方 法对
整 个 系统进 行 数值 模 拟 。文献 ［ 建 立 了活 塞 组一 卅 气 缸 套一 冷却 介 质 的耦 合 系统 的传 热模 型， 利用 有 限 并 元 分析 软件 把 传热外 边 界处 理成 内边 界，得 到耦 合 系统 的温度 场 和流 场 云图，能 较好 的模 拟发 动 机 的
对 冷却 系统 的Ｃ Ｄ 真分析 已经 渐渐普 及开来 。 Ｆ仿 发 动 机 冷 却 系 统 的 研 究 内容 包 ห้องสมุดไป่ตู้ 流 体 的 流 动 与传 热研 究， 冷却 系 统各部 件 尺寸 、 结构 布置 等 与发
动 机 的匹 配与 优化研 究 电控 冷却 系统 的研 究等 方
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２ 流体 流 动 与传 热 研 究 现 状
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发动机冷却 系统研究综述
Ｒｅ ｅ ｒ ｈ Ｓｕ ｍ ａ ｉ ａ ｉ ｎ ｎ Ｅｎｇ ｎｅ Ｃｏ ｌ ｙ ｔ ｍ ｓａ ｃ ｍ ｒ ｚ ｔｏ ｏ ｉ ｏｉ Ｓ ｓｅ ｎｇ
Ｃ Ｄ对水 泵 内部 的三维 湍 流流 场进 行 了模 拟 分析 ， 研 究 了水 泵 内部流 场 中各 个位 置 的压 力 分 布 、 度分 速 布 等， 为水 泵 的性能 改进 和结构设 计 提供 了依据 。
２２ 流 固耦 合传 热研 究 ．
流 固耦 合 按其 性 质 分为 顺 序耦 合 与 整体 耦 合 。
缸 内燃 烧 的影 响 ． 活塞 组一 滑 油膜 一 或 润 气缸 套换 热
对 气 缸套 外 壁 的影 响 ， 于缸 内工 作 过程 和 冷却 水 对
之 间 的动态 影 响则 无 法模拟 。发动 机及其 冷却 系统
３ ２
内 燃 机 与 配 件
２１ ０ ２年 第 ８期
整 体耦 合 仿 真方 法 把 缸 内流 动 、 烧 、 流 传 热 与 燃 对 燃 烧室 部 件整 体 、 套耦 合 起来 作 为一 个 整体 进 行 水 模 拟 ， 全 局反 映发 动 机 的工 作 状 态 ， 而 实 现 发 从 从 动 机与 冷却 系统 之间 的实时 反馈 。文献 口 对流 固耦 合传 热 系统作 为一 个整 体进 行研 究 解 决 了单 独研 究 固体 部 件 和流 体 传 热 时 边 界 条件 无 法 确 定 的 问 题 。得 到 了冷 却 系统温 度场分 布 、 流场分 布 、 力损 压 失等信 息 。
流 固耦 合 传 热研 究 、 维与 三维 联 合 仿真 是 该领 域 一
研 究 的热 点 内容 。
２１ 流 体 流 动 问 题 研 究 ．
目前 对 流 体 流 动 的研 究 手 段 主 要 为 试 验 研 究 与 数 值 模 拟研 究 ． 试 验 研 究 方 面文 献 【 用 流 动 在 】 利 显 形法 得 到 水套 内冷 却 水流 动 的 二维 流 场 ， 而改 从