工程机械散热器性能研究

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1、工程机械散热器性能研究余园满（浙江银轮机械股份有限公司，浙江天台317200）【摘要】随着现代科学地迅速发展，对工程机械散热器的要求越来越迫切。散热器是车辆冷却系统的重要组成部分，车辆冷却系统作为车辆热管理中的核心子系统，其状态对各相关系统的工作性能和工作状态有着至关重要的影响。..关键词工程机械；散热器；性能；趋势目前，随着发动机各种新技术的应用以及排放标准的不断提高，发动机热负荷越来越高，加上工程机械工作环境恶劣、工况复杂，负荷变化较大，这就对工程机械发动机散热器的设计匹配提出了较高的要求。在设计开发

2、工程机械发动机散热器时，如果仅仅进行参照类比设计，已经不能满足实际需要，必须对散热器进行合理的匹配设计，才能有效提高发动机的动力性、经济性和可靠性。1工程机械散热器性能研究的意义在传统的设计方式中，车辆冷却系统一般根据能够满足最大散热需求进行实际设计，在提高冷却系统工作能力的同时，不大注意工程机械中存在的过冷现象，但由于发动机水套内的温度过低亦不利发动机功率的稳定输出，因此在提高散热能力的同时也要预防过冷现象的发生。就工程车辆冷却系统中单个散热单元来说，目前工程机械行业更关注产品的节能高效和排放无污染，这

3、种现状就急切要求车辆散热器厂家在设计散热器时尽力增强散热器散热能力并有效减弱阻力特性，设计出性能更优越的翅片类型，以便制造出综合性能优越且耗材量少的散热器元件。较之于国外截止于目前的研究而言，我国散热器翅片成型工艺、加工工艺及焊接技术等方面相关研究还很粗糙，这种严峻的现状急切要求我们加大对散热器换热机理和翅片性能方面的研究，从而提升我们散热器设计制造技术，以适应车辆冷却系统发展的需要。现在对于工程机械中冷却系统的设计实际基本上是由整机生产企业挑选需要的散热器元件和冷却风扇配件组装后进行整机试验，检测各系统

4、状态，以检测整机各项性能是否满足设计要求，此过程需要多次循环试验与改进。但这种设计方式不仅设计成本昂贵，而且需要消耗大量人力和时间。而计算流体力学对冷却系统进行设计时却省时高效，只需要对整个冷却系统建模仿真，然后分析出问题所在找到解决方法再次相互匹配仿真得到合适结果即可。这种解决方式脱离了传统方式的繁琐笨重，处理问题更精细，计算机技术的不断发展更使得计算流体力学的程度越来越精细和实用。2工程机械散热器的性能研究工程机械的散热模块工作环境与汽车有所不同，汽车的散热器往往前置于车头部位，沉入动力舱且距离进气格

5、栅较近，进气格栅的流通面积略小于散热器的迎风面，生产商为尽量不挤占动力舱空间，往往采用迎风面积较大、厚度较小的散热器，而工程机械中散热器布置特征则相反，以装载机为例，由于装载机在工作时需要保持行进方向的准确性，驾驶员需要实时观察路面情况，因此动力舱安装位置不应过高，几何尺寸不宜过大，更不允许采用类似汽车那种大迎风面的布置形式，动力舱内的散热器通常采用与冷却风扇居中对齐的安装方式，迎风面积通常略小于动力舱截面大小，厚度较大。两种车辆散热器的工作状态也有所不同，由于汽车在行驶中具有较高的迎风速度，冷空气受冲压

6、作用进入散热器，风扇直径可以较小。装载机在作业中往往不具有较高车速，散热模块主要依靠冷却风扇形成的压差，将冷空气送入散热器，冷却风扇直径通常需要与散热器的迎风面高度或宽度相当。汽车上早已普及了电子风扇，可以实现自动调速，能够有效地控制功耗；装载机等工程机械，从成本控制与可靠性角度出发，大部分仍然将冷却风扇与发动机进行机械式连接，虽然这种连接形式相对简单可靠，但当整机散热有了更高要求后，仅能通过增加风扇转速实现系统降温，这就使得发动机负载较高，燃油消耗较大。以国内某轮胎装载机为例，生产商利用选型设计法对冷却

7、风扇与散热器进行了匹配，理论计算结果满足要求。当冷却风扇与散热器组安装在动力舱内后，夏天时，整机在60秒左右开启了发动机大循环，连续工作1小时左右出现了系统过热的现象，发动机中冷却液温度达到100℃左右，为了解决这种现象，生产商通常采用以下几种方式进行改善：1）增加风扇转速；2）更换比原风扇直径稍大的冷却风扇，这种方式虽然会在一定程度上改善冷却效果，但是风扇直径的增大，会使风扇的轴功率增加；3）更换更大迎风面的散热器组，这种方式仅可以在小范围内适用，因为更大的迎风面会使散热器整体的压力损失升高，通过的有效

8、风量降低；4）加强散热器与发动机罩接合处的密封性。因为空气通过散热器后温度上升，同时风扇抽吸后压力提高，因为热空气易向前端低压处回流，如散热器周围有间隙，热空气会通过间隙重新回流入散热器，这统称热回流，它减少了冷空气的进入量，并促使气温上升，将明显降低散热器的冷却效果；5）加强散热器与护照结合面上的密封性。如前所述由于风扇前后存在压差，同样也会在这些缝隙中产生空气回流，及空气从风扇后端通过间隙，回到风扇前端，相当于气流发生短路