一種整車環境散熱器性能檢測方法及模型

王臻華

一種整車環境散熱器性能檢測方法及模型

王臻華

（安徽江淮汽車集團股份有限公司技術中心，安徽 合肥 230601）

汽車散熱器是汽車冷卻系統的重要組成部分，使其內部的冷卻液和通過其表面的空氣進行熱交換來降低冷卻液溫度，防止發動機過熱而損壞，文章主要在整車環境條件下研究散熱器在不同轉速和不同迎面風速時的散熱能力大小，并構建冷卻液流量、散熱器表面風速場及散熱器散熱系數的整車散熱器散熱模型。

汽車散熱器；整車散熱器散熱模型

1 引言

汽車散熱器散熱性能主要指發動機大循環通過散熱器向其周圍空氣傳遞熱量的能力，汽車散熱器也是整車冷卻系統的重要組成部分[1]。但是現有的散熱器散熱性能測試主要針對散熱器本身進行研究，而并未考慮散熱器處于整車環境中的散熱能力。當散熱器處于整車環境中時，空氣阻力、冷卻液阻力等因素對散熱器的散熱性能均有較大的影響[2]，因此本文在整車環境條件下測試散熱器散熱性能，構建包含冷卻液流量、散熱器表面風速場及散熱器散熱系數的散熱模型。

2 設備名稱

底盤測功機、環境倉、電磁式流量傳感器，風速傳感器、熱電偶溫度傳感器。

3 模型建立與測試方法

3.1 模型建立

（1）構建汽車節溫器全開時冷卻液流量VL與發動機轉速n的關系：

VL=?（n） （1）

節溫器半開時采用插值法，式中：

VL—散熱器的冷卻液流量，L/min；

n—發動機轉速，r/min。

（2）構建散熱器表面風速VW與車速VV的關系：

VW=?（VV） （2）

汽車冷卻風扇有不同的形式，本文以電阻調節風扇為例進行建模，電阻調節風扇一般分為高速和低速兩擋。

式中：

VW—散熱器表面風速，m/s；

VV—車輛迎面風速，km/h。

（3）構建散熱器散熱系數KR模型，并建立散熱器系數MAP圖：

散熱器散熱公式：

QR=KR（TR-in-Te）SR（3）

式中：

QR—散熱器散失的熱量，kJ；

KR—散熱器散熱系數，kJ/（min·℃*m2）；

TR-in—散熱器進口冷卻液溫度，℃；

Te—散熱器前環境溫度，℃；

SR—散熱器前截面積，m2。

根據公式（3）可以獲得散熱器散熱系數：

式中：

KR—散熱器散熱系數，kJ/（min·℃*m2）；

TR-in—散熱器進口冷卻液溫度，℃；

TR-out—散熱器出口冷卻液溫度，℃；

Te—散熱器前環境溫度，℃；

SR—散熱器前截面積，m2；

CL—冷卻液比熱容，J/（kg·℃）；

VL—散熱器的冷卻液質量流量，L/min。

基于插值法，根據冷卻液流量和散熱器表面風速可以得到散熱器散熱系數MAP圖。

3.2 檢測方法

（1）冷卻液流量測試：測量發動機節溫器全開狀態下的散熱器流量，測量從1000r/min起，以500r/min為間隔，直至最高轉速，并對數據結果進行擬合計算。

圖1 散熱器冷卻液流量測試示意圖

（2）散熱器表面風速測試：電阻調節風扇一般有不轉、低速轉、高速轉三種狀態。以高速轉為例，控制車輛ECU程序或者短接車輛風扇高速繼電器，強制風扇處于高速工作狀態，車輛在轉轂以怠速、30km/h、60km/h、90km/h、120km/h、140km/h進行穩速行駛，分別測量每一個車速點時散熱器表面風速分布，風扇低速轉與風扇不轉也按照上述方法進行測量，繪制每一個狀態下散熱器表面風速速車速變化的曲線圖，并擬合。

圖2 散熱器表面風速測試示意圖

（3）散熱器散熱系數：車輛以恒定的發動機轉速進行行駛，行駛車速分別為20km/h、40km/h、60km/h、80km/h、100km/h，測試過程中記錄風扇狀態，或者強制風扇處于某一個檔位不變，發動機冷卻液溫度能夠使得節溫器完全開啟，記錄，發動機轉速，車速、散熱器進出口冷卻液溫度、散熱器前環境溫度等參數。按照上述方法，測試不同轉速下的個參數，并記錄。計算散熱器散熱系數，構建散熱器散熱系數KR模型。

4 試驗分析

以某公司某款手動擋車型為例，按照檢測方法分別進行測試。

4.1 散熱器冷卻液流量

根據試驗結果經擬合得出：VL=?（n）=0.026· n-4.4634。

表1 散熱器冷卻液流量統計表

4.2 散熱器表面風速

根據試驗結果經擬合得出：

W=?（V）= ?0·V3+ ?1·V2+ ?2·V+ ?3。

表2 不同風扇轉速統計值表

表3 散熱器表面風速統計表

圖4 散熱器表面風速隨車輛迎面風速變化曲線圖

4.3 散熱器散熱系數

將風扇工作模式固定，以高速轉為例，結合散熱器冷卻液流量以及散熱器表面風速得出散熱器散熱系數結果：

表4 散熱器散熱系數

由此，我們也可以獲得風扇低速轉和不轉這兩種狀態下的散熱器散熱系數，從而繪制散熱器散熱系數隨冷卻液流量以及散熱器表面風速變化的MAP圖。散熱散熱系數可以根據MAP圖通過差值法獲得。

5 結論

本文通過試驗和建模對散熱器散熱系數進行計算，得出散熱器散熱系數的MAP圖，運用散熱器散熱系數可以在汽車整車能量流分析中很便捷計算出散熱器散失能量占比，也可以在整車熱平衡試驗中直觀地計算出散熱器散熱能力的余度。這一次分析研究為一次初步探索，后期還可以進行不同發動機發熱量或不同環境溫度下散熱器散熱系數有何差異，也可以研究匹配不同材質散熱器或不同冷卻風扇對散熱器散熱系數的影響程度等[3]。

[1] 張文春.汽車理論[M].北京:機械工業出版社,2010.

[2]劉佳鑫.工程機械散熱模塊傳熱性能研究[D].長春:吉林大學,2013.

[3] 莊駿,張紅.熱管技術及其工程應用[M].北京:化學工業出版社, 2000.

A radiator performance detection method and model in vehicle environment

Wang Zhenhua

（JAC Technology Center, Anhui Hefei 230601）

Automobile radiator is an important part of the car’s cooling system, heat exchange between the coolant inside and the air passing through its surface reduces coolant temperature and prevents engine overheating and damage. and build the vehicle radiator heat dissipation model of the coolant flow rate, the surface wind velocity field of the radiator and the heat dissipation coefficient of the radiator.

Automobile radiator; The vehicle radiator heat dissipation model

10.16638/j.cnki.1671-7988.2021.07.034

U464.138+.2

A

1671-7988(2021)07-104-03

U464.138+.2

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1671-7988(2021)07-104-03

王臻華，就職于安徽江淮汽車集團股份有限公司技術中心。