冷却系统是发动机的重要组成部分..docVIP

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。在保证足够散热能力和强度的前提下,高效率低能耗成为冷却系统未来发展的必趋势。 本文就发动机冷却系统开展研究。首先简要介绍了优化设计的发展以及变尺度法和惩罚函数法,以冷却风扇消耗功率和风扇液力效率为优化目标,采用混合惩罚函数法,利用Fortarn语言编程,对发动机冷却风扇结构参数进行了优化计算,并对优化结果进行了分析。同时对冷却风扇容积效率计算问题进行了初步探讨,对简化计算方法进行了修正。优化设计后的风扇同原设计方案相比,风扇消耗的功率由3.451wk下降为3`O93wk,下降了10.37%;风扇总效率由28.6%增加到31.9%,达到了预期目标。散热器是冷却系统的核心部件,散热器的结构是影响其散热能力的重要因素,散热效果的好坏对整个冷却系统有很大影响。本文从理论上分析了提高散热器散热性能的途径,并通过实验对管带式散热器结构对散热性能的影响进行了对比研究。结果表明,减小散热带波距和采用双波带结构,均有利于提高散热能力;冷却水管的布置对散热能力有很大影响,在其他结构参数相同的情况下,冷却水管数量对散热器性能有较大影响,但风阻也大幅增大;冷却水管排数多于3排时,散热量并没有随散热总面积的增大而大幅增加,效果一般,但风阻增加也不明显。 冷却系统的设计与匹配直接影响发动机的性能。本文还对某改装车辆冷却系统匹配了散热器和冷却风扇,进行了设计计算和校核计算,并对冷却系统进行了结构优化。 关键词:冷却系统;冷却风扇;优化设计;散热器性能;匹配计算 第一章选题背景及意义 1.1前言 冷却系统是发动机的重要组成部分,据有关资料介绍,汽车故障的50%左右来自发动机,而发动机故障的50%左右是由冷却系统故障引起的,由此可见冷却系统在汽车可靠性中的重要作用。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。 随着现代发动机的转速和功率不断提高,发动机热负荷愈来愈高,对发动机的排放和噪声控制也越来越严格,因而对发动机冷却系统的设计与研究也愈来愈深入。尤其是当前采用增压型的发动机逐渐增多,增压发动机一般结构紧凑,热负荷和机械负荷普遍提高,对发动机的冷却问题更为敏感,也为冷却系统提出了更高的要求。另一方面,传统冷却系统耗能多,尤其是冷却风扇耗能高也是鱼需解决的问题。在当前能源供应紧张,油价不断上升的情况下,降低冷却系统能耗对于发动机节能显得十分重要。在满足冷却要求的前提下,尽可能地提高冷却效率,降低能耗,减少噪音已成为冷却系统的主要研究方向。新技术、新材料的广泛应用,设计手段和制造工艺的不断更新,也为合理设计发动机冷却系统提供了有利条件。提高冷却效率,降低能耗,是发动机冷却系统未来的发展方向。 1.2发动机冷却系统概述 1.2.1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。柴油机气缸内的瞬时最高温度可达1500—2000℃,汽油机可达2000—2500℃,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。过热会使零件正常的配合间隙被破坏,运动件间的润滑油变质和焦化,使运动零件的摩擦和磨损加剧川,严重的甚至卡死变形而破坏;过热还会使进入气缸的气体由于强烈受热,比容增大,使吸入的气体的重量减小,柴油机功率下降;汽油机中的高温可燃混合气常会产生早燃或爆燃,导致发动机不正常工作;过热还会使发动机使用寿命和工作可靠性下降,动力性和经济性变坏,因此必须对发动机加以适当冷却。 另一方面,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,柴油机工作粗暴,CO和HC排放增加了;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。 对于车用发动机,出水温度应控制在85℃一95℃,冷却系统的作用就是及时适量地把在高温条件下工作的部件所吸收的热量散发到大气中去,保证发动机在正常的温度范围内工作。 1.2.2发动机冷却系统的类型 发动机的冷却系统按冷却介质的不同可分为水冷和风冷两大类。 风冷发动机是采用高速空气流直接吹过气缸盖和气缸体的外表面,对发