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熱量的轉(zhuǎn)移有傳導(dǎo)、對(duì)流、輻射三種形態(tài)。自然界大量的熱量轉(zhuǎn)移是以輻射的形態(tài)進(jìn)行的。我們生活的地球上所使用的能源幾乎都來自于遙遠(yuǎn)的太陽的光輻射。幾十億年來，地球接受的輻射能和散發(fā)到太空的熱能維持著平衡，保證了生命的延續(xù)。

發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)的熱量轉(zhuǎn)移：熱量從發(fā)動(dòng)機(jī)水套傳遞到散熱器內(nèi)部屬?gòu)?qiáng)制對(duì)流，熱量從散熱器內(nèi)部傳遞到外部屬熱傳導(dǎo)，熱量從散熱器傳遞到空氣也屬?gòu)?qiáng)制對(duì)流。

所謂的熱平衡包含了三個(gè)方面的平衡：

1、水泵揚(yáng)程與管路各部分水阻之和相等；

2、風(fēng)扇靜壓與各換熱器風(fēng)阻之和相等；

3、發(fā)動(dòng)機(jī)散發(fā)熱量與空氣吸收熱量相等。

散熱面積S

換熱器與空氣接觸的表面積。m2

散熱管計(jì)算外側(cè)面積。

散熱帶（片）計(jì)算兩側(cè)面積。

注：散熱帶（片）與散熱管重疊部分應(yīng)剔除。

散熱系數(shù)U：

換熱器單位散熱面積、單位溫度差時(shí)散熱能力。

kw/m2· k 或 kJ/h· m2· k

01 參數(shù)初選

根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)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)換熱裝置的正面面積盡可能相同。

附：主機(jī)廠提供原始數(shù)據(jù)（我們希望該數(shù)據(jù)越齊全越好）。

根據(jù)顧客提供的冷卻液流量（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)用重量風(fēng)速-風(fēng)阻曲線、重量風(fēng)速-散熱系數(shù)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，可尋找散熱管散熱帶規(guī)格相同、波距也相同的兩條相近的重量風(fēng)速-風(fēng)阻曲線、重量風(fēng)速-散熱系數(shù)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 串聯(lián)時(shí)換熱器的布置

串聯(lián)的順序一般是空氣先經(jīng)過中冷器，再經(jīng)過機(jī)油冷卻器，最后經(jīng)過水散熱器。

如系統(tǒng)中有變矩器油冷卻器，則將其放在散熱器后面。

這主要是由于發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣溫度要控制在環(huán)境溫度以上20~25℃左右，液壓裝置的工作用油溫度要控制在環(huán)境溫度以上40℃左右，發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)水溫度要控制在環(huán)境溫度以上55~60℃左右，而變矩器油的工作溫度還要高一些。

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)境溫度是中冷器的進(jìn)風(fēng)溫度、中冷器的出風(fēng)溫度是機(jī)油冷卻器的進(jìn)風(fēng)溫度、機(jī)油冷卻器的出風(fēng)溫度是散熱器的進(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。中冷器的進(jìn)風(fēng)溫度會(huì)有所提高。

如果知道發(fā)動(dòng)機(jī)外表的熱輻射，則可計(jì)算出進(jìn)氣溫度的提高值。

05 空氣流量及風(fēng)阻

散熱器、中冷器、油冷器串聯(lián)后置于某一流場(chǎng)中，當(dāng)氣流達(dá)到穩(wěn)定時(shí)，空氣流量及風(fēng)阻的關(guān)系類似于電學(xué)中電流與電壓的關(guān)系，即：它們的重量風(fēng)速相等，且總的風(fēng)阻是各個(gè)換熱裝置風(fēng)阻疊加之和。如果有防護(hù)網(wǎng)，還應(yīng)當(dāng)將其產(chǎn)生的風(fēng)阻也疊加在總的風(fēng)阻中。

電流：I1=I2=I3

空氣流量：v=va=vw=vo

電壓：V=V1+V2+V3

風(fēng)阻：P=Pa+Pw+Po

06 風(fēng)扇曲線的選擇

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。

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。

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)

將疊加后的重量風(fēng)速-風(fēng)阻曲線與風(fēng)扇重量風(fēng)速-靜壓曲線復(fù)合，得到一個(gè)交點(diǎn)O，此時(shí)，風(fēng)扇靜壓與風(fēng)阻相等，風(fēng)扇產(chǎn)生的重量風(fēng)速與通過散熱器、中冷器、油冷器的風(fēng)速相等。

此圖例未將防護(hù)網(wǎng)產(chǎn)生的風(fēng)阻疊加進(jìn)去。

此時(shí)散熱器、中冷器、油冷器的散熱系數(shù)，就是它們所具備的散熱能力。