01 參數初選

根據發動機參數、液壓工作站參數及以往設計經驗，尋找具有合適管帶規格的散熱器、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，各個換熱裝置的重量風速-風阻曲線盡可能類似，如相同則更好。

根據顧客提供的冷卻介質流量（額定功率點和最大扭矩點）計算管內流速，從以往實驗報告中調用各換熱器重量風速-風阻曲線。

02 沒有合適的參數該怎么辦？

如以往實驗未做過該流速的測試，可尋找兩條相近的重量風速-風阻曲線，用插值法做一條需要的曲線。

后續的很多參數都可以用插值法取得。

03 并聯時換熱器的布置

并聯時換熱器左右排列，空氣同時經過中冷器、機油冷卻器和水散熱器。

如空間不足，則可能采取中冷器、機油冷卻器并聯，再與散熱器串聯的方式。此時，又會用到串聯式散熱器的熱平衡計算。

04 環境溫度與進風溫度

如風扇選用吸風方式，空氣直接從外界進入，則：環境溫度是各換熱器的進風溫度。

如風扇選用吹風方式，空氣經過發動機外表會吸收熱量，溫度高于環境溫度。各換熱器進風溫度會有所提高。

05 空氣流量及風阻

散熱器、中冷器、油冷器并聯后置于某一流場中，當氣流達到穩定時，空氣流量與風阻的關系類似于并聯電阻時電流與電壓的關系，即：它們的風阻相等，且與風扇靜壓相同，總的空氣流量是通過各個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              風阻：P=Pa=Pw=Po

06 風扇曲線的選擇

選擇之一

如風扇由發動機驅動，根據速比計算最大功率點和最大扭矩點時的風扇轉速，確定需轉換的風扇體積風速-靜壓曲線極端情況下，考慮發動機110%負荷時或超速10%時的風扇轉速，調用體積風速-靜壓曲線。

有的發動機直驅風扇時，加了硅油離合器來控制轉速，也需要對最大功率點和最大扭矩點分別計算，調用曲線。

選擇之二

如風扇由電機或液壓馬達驅動，則選用電機或液壓馬達達到最高轉速時的體積風速-靜壓曲線。

當發動機提供給液壓泵的驅動力不足時，也需考慮最大扭矩點時的風扇轉速。

如風扇轉速與計算值有差異時，可用相鄰的兩條曲線按插值法作出需要的曲線。

上述方法對風扇轉速的調整控制都是基于發動機的出水溫度，其它換熱裝置應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

 如果在并聯式換熱器組合中，我們將風罩按照散熱器、中冷器、油冷器的正面尺寸進行了分割。或散熱器、中冷器、油冷器分離，風罩獨立配置。

配備電子扇，依據每種換熱器不同的溫度要求分別控制風扇轉速。

則選用電機達到最高轉速時的體積風速-靜壓曲線。

對風扇轉速的調整控制散熱器是基于發動機的出水溫度，中冷器是基于發動機的進氣溫度，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 風扇曲線的轉換

 不同形狀的導風罩及風圈間隙對風扇效率均有影響，風扇與換熱器之間的距離也會影響風量的大小。考慮了這些因素后，我們假定風扇驅動空氣全部通過了換熱器。

 風扇體積風速-靜壓曲線是在常溫下測得，而換熱器設計考慮的是極端環境條件，溫度上升必然導致空氣密度下降。

根據環境溫度和換熱器正面面積進行計算，將選定的風扇體積風速-靜壓曲線轉換成重量風速-靜壓曲線。

如果長期在高原環境下使用，還應考慮海拔高度對空氣密度的影響。

08 尋找平衡點

做一等高線，與各換熱器的重量風速-風阻曲線及風扇重量風速-靜壓曲線相交，得到一組交點O，此時，風扇靜壓與風阻相等，分別計算通過散熱器、中冷器、油冷器的風量，各換熱器風量之和應與風扇風量相等。

如風量之和大于風扇風量，降低等高線位置，按前述方式重新計算，直到風量相等。

調整前：V1+V2+V3＞V

調整后：V’1+V’2+V’3= V

做等高線

 下圖依次是風扇靜壓—風量曲線、散熱器重量風速—風阻曲線、中冷器重量風速—風阻曲線和油冷器重量風速—風阻曲線。

繼續尋找平衡點

 如風量之和小于風扇風量，抬高等高線位置，按前述方式重新計算，直到風量相等。

此時各換熱器的散熱系數，就是它所具備的散熱能力。用Uw來表述。

09 熱量的平衡

發動機散發的熱量被強制通過換熱器的空氣完全吸收，則：

Qw=Qa。

Qw ——發動機水套熱流量  

Qa ——空氣吸熱量

根據公式

Qw=Gw· Cpw· （Tw1-Tw2）計算出水溫度Tw2。

Gw——水流量   

Cpw ——水的比熱容

根據公式

Qa=Ga· Cpa· （Ta2-Ta1）計算出風溫度Ta2。

Ga——空氣流量  

Cpa ——空氣的比熱容  

10 平均溫差

散熱器散發熱量，水溫會逐漸下降；經過散熱器的空氣吸收熱量，溫度會逐漸上升，各點的氣水溫差都不一樣。

算數平均溫差：

ΔTrm≈ 

[（Tw1+Tw2）-（Ta1+Ta2）]  

                          2 

對數平均溫差：

ΔTrm=  

  [（Tw1-Ta2）-（Tw2-Ta1）]

 ln[（Tw1-Ta2）/（Tw2-Ta1）]

氣水（液氣）溫差分布圖

11 氣水當量

計算氣水當量，它們的值對液氣平均溫差的實際值有很大的影響。

P=（Ta2-Ta1）/（Tw1-Ta1），

R=（Tw1-Tw2）/（Ta2-Ta1），

12 修正系數

        根據P、R值查找對數平均溫差的修正系數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 散熱器的散熱系數計算

帶入散熱量、進出水溫、進出氣溫、散熱面積、流量等參數，算出熱平衡時的散熱系數，

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 散熱器散熱系數的比較

        散熱器本身具備的散熱系數Ur已通過前面的做圖法找出。

        與計算所得的散熱系數Uw比較，

30%   ≥   Ur/ Uw—1   ≥   15%

保證散熱性能有一定的儲備。

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

15 中冷器散熱系數計算、比較

中冷器散熱系數的計算與散熱器散熱系數的計算方法基本相同，由于中冷器進氣溫度比環境溫度高得多，空氣當量中的P、R值均較小，可視 Ft≈1。

中冷器計算所得的散熱系數與中冷器所具備的散熱系數的比較，也與散熱器的相同。

16 油冷器散熱系數計算、比較

油冷器散熱系數的計算與散熱器散熱系數的計算方法相同。

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

17 重新計算

如計算所得散熱系數有的達不到上述要求，有的超出要求，在不改變總的正面面積的前提下，應通過調整各個換熱器正面的方式調整散熱面積，重新尋找平衡點來重新計算。

如不改變總的正面面積達不到要求，可調高正面面積并重新分配，重復步驟1~16。

如正面面積不可調整，可調整個別或全部散熱管帶規格再重復步驟1~16。

這是一個痛苦的過程，需反復地畫等高線來找平衡點。

18 油冷器、中冷器的特殊性

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

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

19 進入圖紙設計階段

        計算結果 :1.30≥ Ur／Uw≥1.15

        包括中冷器、油冷器在內，各個換熱器的計算結果均應滿足此條件。

        參數設計滿足要求，可以進入圖紙設計階段。

編輯：李大鈞