冷却设计范文-盘古文库

冷却设计范文

来源：火烈鸟

作者：开心麻花

2025-09-19

冷却设计范文（精选12篇）

冷却设计第1篇

冷废气再循环技术是降低柴油机NOX的有效措施之一, 它降低了燃烧室内燃烧温度的峰值, 有效抑制了NOx在燃烧过程中的生成。如何提高EGR冷却器冷却效率的同时又不影响其关键的结构尺寸, 是近年来EGR冷却器的研究重点。与光滑直管相比, 螺纹管具有更大的传热面积, 加强了气体的湍流特性, 在不影响冷却器关键结构的同时, 有助于明显提高冷却器的换热效率。

2 基本理论

CFD软件在给定的工作条件下 (如气体和冷却剂的温度, 压力和流量等) 可以模拟一个特定的热交换特征, 通过这些特征的图形显示, 可以用不同的螺纹管形状对传热能力和压降进行模拟, 通过模拟的结果, 以分析螺纹管与光滑直管、不同参数的螺纹管的换热能力, 确定几何参数以实现冷却器的较大换热效率与较低压降。

图1给出了螺纹管设计中关键的几何参数。

图1中, D-螺纹管外径, P-螺纹间距, α-螺纹开口角度, h-螺纹切口深度。本文对每个参数单独分析, 以对最后的螺纹管进行优化。

3 螺纹间距P

当废气经过螺纹管内部, 与管壁发生了热交换, 光滑直管管壁处气体速度较低, 而螺纹管由于沿管长方向有螺旋存在, 增加了气体的湍流程度, 管轴线附近气体与靠近管壁气体发生剧烈混合, 传热更加剧烈。

螺距的大小反映了气体在管内螺旋向前流动时绕管中心线一周所经过的轴向距离。若螺纹间距为10mm, 则意味着气体在轴向移动10mm的过程中绕轴线360°旋转了一次。

给定直滑管以及螺纹管除螺距以外的其他尺寸, 运用CFD软件进行仿真, 得到图2。

从图2可以看出, 使用螺纹冷却管比直滑管有更低的出口温度, 且随着螺距的减小, 换热效率进一步提高。但同时, 螺距减小导致湍流程度的增加, 出口的压力降增大, 如图3所示。过低的出口压力将影响换热器的实际应用。

3 螺纹角度α

给定除螺纹角度外的其它其它尺寸, 软件模拟结果如图4、图5所示。

图5表明, 螺纹角度的改变并没有对冷却管的热流能力产生很大影响, 但是随着螺纹角度的减小, 压降进一步加大。不利于实际应用。

4 螺纹深度h

增加了螺纹深度, 将会增加气体的湍流程度, 有助于靠近管壁气体与管轴线附近高温气体的混合, 提高了换热效率, 但同时, 这也会增加出口压降, 如图6。

5 结论

螺纹管相比较直滑管有更强的换热能力, CFD软件模拟了不同设计因素对冷却器换热效率和出口压降的影响, 两者的最佳配合取决于螺纹管的螺距、螺纹角度和螺纹深度, 其每个要素的影响机理和影响结果为螺纹管的设计提供了较为直观的理论依据。

摘要：废气再循环冷却器的冷却效率对降低汽车NOX排放至关重要, 管式冷却器中采用螺纹管作为冷却管能有效地提高冷却效率。从EGR冷却器的换热效率以及废气通过冷却器后的压降两方面进行了冷却器中螺纹管的设计因素研究, 通过CFD软件模拟分析了各设计元素对废气再循环效率和压降的影响。

关键词：EGR冷却器,螺纹管设计,冷却效率,压降

参考文献

[1]向飞, 罗马吉.废气再循环 (EGR) 冷却器设计的现状与发展[J].中国水运, 2009, 7 (7) :147-149.

[2]江帆, 黄鹏.Fluent高级应用与实例分析[M].北京:清华大学出版社, 2008.

冷却设计第2篇

文章摘要：目前，家用加热装置种类繁多，而且已经发展到较先进的程度，而家用冷却装置却鲜有见到。但是在生活中时常会遇到需要冷却的地方。本设计采用价格低廉、实用简单的STC89C52单片机作为主控中心，利用小型的风冷装置作为降温设备，再辅以MLX90614红外温度传感器和DS18B20接触式温度传感器作为温度检测装置，共同构成风冷降温系统。能够以较快的速度将目标温度降到设定温度值。

关键词：自动冷却；温度控制；单片机；风冷。

引言：目前，市场上家用电器中加热设备种类繁多，但冷却设备却几乎没有，但是很多时候都会遇到需要将液体或者固体降温，例如在医院给病人喝水而水温却过高，给幼儿喂汤药而太烫时等等，一般情况下都是对其吹气促使其快速冷却，非常不便捷。针对于此，本设计能够很好的解决此问题，利用单片机自动处理数据的能力先采集室内温度和需要降温的物体温度，然后根据人为设置的预定温度，使用风冷设备对其迅速降温，当需要降温的物体温度达到设定温度值时，风冷设备自动停止并报警。

为了方便对本设计的理解，特作以下定义：物体温度为被降温的物体的温度，即MLX90614所测得的温度值；设置温度即人为设置的温度值，当物体温度降到设置温度值附近时时单片机会发送指令令风扇停止转动；室内温度为DS18B20检测到的室内温度值。

1.自动冷却装置功能说明

家用自动冷却装置外观示意图如图1所示，该装置能实现两种功能：主要功能是将高温物体降温到设定温度值；次要功能是利用风冷温度的快速传递将低温物体快速升温，但前提是室温高于被降温物体温度。

在1602液晶显示屏中，如图1所示，①显示的是当前室内温度，②是MLX90614检测到的被降温物体的温度，③显示的是设置温度，即要降低的目标温度。将物体放到风冷装置体后，在控制面板中提供两种控制方式：a）长按“设置”键后，1602液晶显示屏设置温度处光标闪烁，此时通过“+”“-”设置物体降温的目标温度值，当然，设置温度值应随室内温度而定，再按“确认”键，风扇即开始给物体降温，直至物体温度到达设置温度值附近，风扇停止并灯光和声音报警提示；b）按“一键室温”后，设置温度自动设置为室内温度，并且风冷装置开始工作，直至将物体温度降温或升温至室内温度值附近，风扇停止并灯光声音报警提示。若中途需要中断降温，则长按“停止”键即可停止。

2.自动冷却装置设计原理

家用自动冷却装置使用STC89C52RC单片机，外部晶振采用12MHz,外设主要有1602液晶显示屏、继电器、MLX90614红外温度传感器、DS18B20接触式温度传感器、蜂鸣器、6颗高亮LED灯和弹出式按键，主要工作过程是：先由MLX90614和DS182B20收集室内温度和物体温度值，再将两温度值传递给STC89C52单片机，单片机开启继电器控制风扇转动，同时单片机判断物体温度值是否已达到设置温度，若达到设置温度值，单片机发送指令给继电器使风扇停止转动。整个装置内部设计原理图如图2所示。

2.1温度检测模块

温度检测模块由DS18B20接触式温度传感器与MLX90614红外温度传感器构成，如图3所示。MLX90614红外温度测量是通过热辐射原理来测量温度的，是一种非接触式温度测量方式，与接触式温度测量相比，不会干扰测量对象的温度场、响应速度快、精度高、测量范围广。其内部采用低噪声放大器、17bA/D转换器及功能强大的DSP处理单元，因而具有较高的温度分辨率和测量精度：该温度计测温范围为-40~+125℃，出厂前经过工厂校正，具有数字PWM和SMBus输出方式[1].因而使用MLX90614不仅测量方便，而且测量速度、返回数值到单片机速度也迅速，但是受到红外辐射不均匀的影响，被降温物体外表不应光滑，因其反射率高，误差较大；并且被测物体也不能是透明物体，这样才能保持测量的准确性。

DS18B20是接触式温度传感器，采用“单总线”的数据传输方式，大大节约了硬件的开销，其测量温度范围为-55℃~+125℃，并且精度高，可到±0.5℃。应用范围也很广泛[2].本设计采用DS18B20作为室内温度测量的传感器，其能够稳定的反应当前环境的温度，作为设置温度的参考。

2.2声光报警模块

由于51单片机的输出能力较弱，所以此处使用PNP型三极管充当开关管，由于三极管的放大作用，可以将单片机输出的微小电流放大并且驱动高亮LED灯和蜂鸣器。本设计在LED灯处使用PWM输出方式使LED灯具有呼吸灯效果。

2.31602液晶显示模块

液晶显示模块具有体积小、功耗低、显示内容丰富、超薄轻巧等优点，在嵌入式应用系统中得到越来越广泛的应用。它可以显示两行，每行16个字符，因此可相当于32个LED数码管，而且比数码管显示的信息还多。采用单+5V电源供电，外围电路配置简单，价格便宜，具有很高的性价比[3].1602液晶显示屏的程序操作方式为并行口操作方式，通过D0-D7并行连接将数据传输给单片机，基本操作方法分为3步：a）先根据1602的时序要求将写数据子函数和写命令子函数写好；b）初始化1602,主要是根据1602手册规定的地址，设置1602的显示方式；c）写入命令和数据，命令有相应的地址，数据可根据1602手册表示出来。

2.4继电器模块

继电器的驱动模式和LED灯一样，使用PNP型三极管驱动继电器，从而使220V交流电流接通，风扇旋转，又由于继电器内部是线圈结构，而三极管可承受的反向电压较小，所以加一个二极管防止继电器通电和断开时的反向电压过大击穿三极管，起保护作用。

3.软件程序设计

在设计程序中，由于单片机开机后各引脚都是高电平，所以继电器控制、LED控制和蜂鸣器控制均采用高电平关闭，低电平开启的方式[4].4.测试数据对比

为了检验产品的效果，做了如下测试，另外为了减少外部环境的干扰，使测试场所处于无风的环境，并且使室温保持恒定，同时本设计其他主电路板上的参数见原理图上的标注。

a）在同一室温条件下，测试其降温效果，分别让两杯200ml的开水放于本产品与25℃环境下，同时开始测试开水降到50℃所需要的时间，结果如表1.b）在同一室温条件下，测试升温效果，分别让两杯200ml的温度为18℃的水放于本产品与30℃环境下，同时开始测试18℃升到26℃所需要的时间，结果如表1.通过表1可以看出，此设计利用风冷降温极大的缩短了冷却时间，大大的提高了效率，但是升温效果并不明显，可见其比较适合降温，而升温效果还有待改进。另一方面它实现自动化降温过程，当温度到达预定值能够报警提醒。

5.设计展望

未来的时代将是智能化的时代，目前本设计仅仅是实现自动化，未来将考虑加入无线传输模块，将其与智能手机连接在一起，并通过可视化的手机操作控制其运转。另外还可加入人性化的操作控制，例如定时、预设模式等等，将其实现智能化。另外在降温方面还可加入压缩机制冷，将会使其降温更快。

参考文献：

冷却设计第3篇

关键词：电厂冷却塔噪声原理减噪设计

中图分类号：X5 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2016）04（c）-0077-02

我国绝大部分电厂建设在人口稀少的郊区地区，但是因地理环境、生产条件等多种因素的限制，一些电厂不得不建设在距离城镇不远的近郊区甚至建设在人口较集中地区，这部分电厂冷却塔产生的噪声对周边环境及人们生活与健康造成的影响更大[1]。因此了解冷却塔产生噪声的原理并采取针对性的减噪设计，对减少噪声污染和提高周边居民生活质量有非常重要的意义。

1 产生噪声的原理

电厂冷却塔是一种利用冷水吸收热量达到冷却效果的热交换设备，主要由进风口、除水器、风机、马达等部件组成[2]。其运行过程中会产生稳态、高频噪声，噪声声源主要有3种：一是冷凝器收水与布水系统生成的落水产生的噪声；二是阀门、配管和水泵等部件引发塔体振动而产生的噪声；三是风机进排气、散热而引起的噪声。电厂冷却塔主要噪声声源产生噪声的原理如下。

1.1 落水噪声产生原理

冷却塔在运行作业时会因零部件振动、淋水而产生噪声，其中淋水噪声的影响比较大[3]。其产生原理有两个：（1）凝水器水滴下落时会生成气泡和产生辐射作用，从而产生噪声，这类噪声频谱达500～1 000 Hz。（2）凝水器所流出的循环水自上方喷淋管往下做自由落体运动，落水连续、大面积地落到水池面时会产生极大的冲击，进而产生稳态机械噪声，经测试，落水撞击水面的瞬时速度达到了8 m/s，是同空气动力噪声、机械噪声和电磁噪声一样影响较大的特殊噪声之一。

1.2 塔体噪声产生原理

电厂冷却塔塔体的噪声主要是由各类部件振动而引起的，在冷却塔预定过程中，相关的零部件会产生弹性形变，继而出现振动[3]。这些具有弹性的零部件在工作过程中会产生振动能力并将其传播到其他地方，当其传播至有辐射作用的物体表面时，后者会将其反射至空气中并向远处传播，最终形成影响范围较大的机械噪声。

1.3 风机噪声产生原理

电厂冷却塔风机设备是安装于机械上方的，并且抽出方式为逆向抽出，从而起到降温的作用。但是风机在机械工作过程中会高速旋转，旋转过程中风机叶片会作用于空气而产生漩涡空气流，形成一股向上的气流而产生梯度压力，进而导致运动速度和空气流会出现脉动变化，同时部分旋转零部件会存在一定的平衡差异，继而引起风机结构的振动，最终产生空动力性的振动噪声。

2 减噪设计策略

2.1 声屏障减噪设计

声屏障设计减噪指的是在受声点和噪声源之间设计专门的声学障板，利用声的传播特性达到减噪的效果[4]。冷却塔在工作过程中需要保持良好的散热，如果采取封闭式隔声设计会影响机械的运行，因此采取组合式声屏障设计以达到减弱或阻止噪声传播的效果。第一，根据受声点、声源的地理位置特点、两者距离特点以及声音传播特点科学计算出噪声影响范围内的全部敏感点，从而合理设计有效屏蔽范围，确保全部噪声敏感点均得到有效的噪声屏蔽保护，实现减噪的目的。第二，综合考虑地理条件、声波绕射等因素，合理进行隔声设计，声屏障的顶部结构设计为吸——隔组合式隔声结构，隔声屏板选用可增强隔声能力的双层隔声板，内层为中阻隔声材料，外层为阻尼隔声材料，两层隔声板之间留出一2～3 mm宽度的空气层；吸声屏板选用具有良好吸声性能的宽频带组合式吸声板。第三，在声屏障风机进风口位置添加一个折板式的吸声屏板，在保障冷却塔充分散热的基础前提下将减噪效果最大化。

2.2 消声器减噪设计

消声器装置的主要作用是在保障气流通过的基础上减弱或阻止声音传播强度，风机是电厂冷却塔噪声主要来源之一，对此可在风机出口位置装置消音器装置以达到减噪效果。按照环境整治提出的有关要求，通风性的消音装置的减噪指标设计在12～18 dB（A）左右，压力损耗控制在4.90 Pa以内。第一，通风性消音器减噪设计需要综合考虑通风性能、电厂建筑结构、防水、防潮和降噪量等多种因素，从而合理选择合适的声学结构与减噪材料。例如ABS、PVC和聚碳酸酯等工程塑料具有良好的防水性能，且使用寿命长，可选用以上材料为主的新型材料设置组合式减噪单元结构。所选材料需满足以下要求：一是机械在正常的运行条件下，材料耐受期限不短于15年；二是在最低气温标准条件下，材料不脆裂、不破碎；三是具有良好的抗热、阻燃性能；四是在高温条件下（65 ℃时）不会发生形变。第二，根据冷却塔的类型设计消音器结构，保障冷却塔良好的通风、散热和冷却效率。对冷却塔外部和内部进行风洞实验，以明确其内外部流畅分布情况，进一步分析在不同类型冷却塔中，消音器装置对塔内外部阻力大小、流畅分布和冷却效果的影响作用，以对通风性消音器装置进行优化设计，并对设计方案进行多次反复的实验，在保障冷却塔良好运行的基础上使消音器装置发挥最大的减噪作用。

2.3 塔内消能减噪设计

塔内声源减噪设计主要针对冷却塔落水噪声源采取减噪措施，利用斜面消能减噪原理设计减噪结构以达到降噪的作用。在凝水器和水面之间设计一个斜面过渡装置，凝水器产生的落水在落到水面之前可以在斜面上经过粘滞减速、疏散洒落、无声擦贴和挑流分离等形式消能，经过一个缓冲的阶段而不是直接掉落撞击到水面，从而有效地减小落水噪声。塔内消能减噪设计结构由消声器与支承架结构共同组成。消声器设计为六角形蜂窝式斜管结构，所选材料为乙丙共聚烯材料，经热碾压成型后粘结呈六角形的蜂窝式斜管结结构，分为曲面、斜面和垂面3个部分，共同组合成疏散洒落挑流功能段、粘滞减速功能段、无声擦贴功能段和竖式导入功能段，采用了分段、多种、密集的消能方式，且具有耐碱、耐疲劳、耐腐蚀、耐酸、抗冰冻、抗高压、抗冲击、不易老化、质量轻、不易结垢、安装简便、自洁能力强、运行稳定和易维修等多种优点。支撑架结构设计为漂浮式的支承架结构，由支承栅、漂浮框架和浮体3种逐渐以节点卡座形式组合合成的，在组装完成后还需进行防腐处理。塔内消能减噪对进风量没有影响，因此适用于塔外空间条件取消便利治理条件，如气候温和不易结冰等南方地区的电厂冷却塔中。

除此之外，还应对塔内其他噪声源进行仔细查看，比如风机外壳、齿轮变速箱等部件在运行过程中的噪声情况，及时排查零部件因存在老化、故障、摩擦力大、接触媒质或者质量不佳等原因而增强塔内噪声，对老化、质量不佳等零部件给予更换处理，对接触声响过高的接触表面同样采取更换处理，对于齿轮变速箱等结构需定时添加润滑剂以减少台内的内部阻力，通过一系列的措施降低塔内因素引起的噪声。对于风机振动而引起的噪声，还可以装置弹簧减震器用于防震、减震以有效地降低噪声。

3 结语

总之，电厂冷却塔噪声是一种多声源、影响范围较广、影响力较大的噪声，其主要噪声源有落水噪声、风机噪声和塔体噪声这3种。在进行降噪设计时，应先对噪声产生的原理进行分析，然后针对各噪声源及其传播途径的特点，同时结合冷却塔的运行方式和工作效率等因素进行合理有效地改进，在保证冷却塔正常稳定运行的基础前提下将减噪效果最优化，减少冷却塔噪声对周边环境和居民的消极影响。

参考文献

[1]金康华，居国腾.冷却塔声源降噪技术在电厂的应用[J].电力勘测设计，2016（1）：30-33.

[2]刘欢，王健，李金凤，等.冷却塔的噪声特性分析与噪声治理[J].工业安全与环保，2014（6）：75-78.

[3]李凌，赵丽娜.冷却塔的噪声特点和噪声措施研究[J].总共新技术新产品，2015（2）：153.

冷却水箱注射模设计第4篇

图1所示零件是大型计算机网络散热系统中的水箱主体结构，外形尺寸为156mm145mm77mm，壁厚2.5～3.5mm，总重291g。水箱材料为聚碳酸酯，零件要求透明、散热性好，由于几处属于安装位置，尺寸精度要求较高，塑件内腔较深且分布有加强筋导致顶出困难，不利于注射成型。

(1) 塑件侧面结构较复杂，四侧均需要侧抽成型，从方便进料和最大投影面积等几个方面考虑确定开模及抽芯方向如图2所示，采用了斜导柱侧向分型外抽芯机构。图1显示了塑件外抽芯部位，塑件侧壁的圆孔既可外抽芯也可内抽芯实现，但考虑到两孔的同轴度要求及整副模具的平衡，采用同一侧型芯向外抽芯。

(2) 聚碳酸酯综合性能优良，高透明、高冲击强度，较高的弹性模量和尺寸稳定性，耐热性较好，抗蠕变。考虑到该塑件要求尺寸稳定性较高，注射生产时会采用较高的压力，故收缩率按设计经验取0.55%。

(3) 图3显示了塑件内抽芯部位。图中C处需要内抽芯 (如斜导杆) 才能实现顺利脱模。

(4) 图3同时还显示了零件内腔结构复杂，应采用镶拼式型芯结构。塑件内腔深度较深且分布有若干加强筋，导致顶出系统和冷却系统设计有一定难度。

2 模具结构及工作原理

水箱主体的模具结构如图4所示。模具闭合后，塑料经双点浇口进浇，充满整个模具型腔后保压补缩并冷却。开模时动模部分后撤，首先从ⅠⅠ面分型，浇注系统凝料被拉出，到达限位拉杆止点时，中间板固定不动，动模部分继续后撤，ⅡⅡ面开始分型，开模力通过斜导柱作用于侧型芯滑块，迫使其在动模板的导滑槽内向外滑动，直到塑件与滑块完全脱开，完成侧向抽芯动作。这时，塑件包裹在型芯上随动模继续后移，直到注射机顶杆与模具推板接触，推出机构开始工作，推板带动斜导杆向前运动，斜导杆受动模板上的导滑槽作用，向前运动时同时完成内抽和顶出，塑件与浇注系统凝料一起从模具中落下，至此完成一次注射过程。合模时，推出机构靠复位杆复位，侧滑块靠楔紧块复位并准备下一次注射。

3 模具关键零件设计

3.1 凸模零件设计

由于塑件型腔结构复杂，为了方便加工，采用了组合式凸模结构，将凸模镶块1和2单独加工后，再镶入动模板中。其中，动模板内孔采用线切割加工，保证凸模镶块和动模板强度相同，防止热处理时变形且避免尖角与壁厚突变。

3.2 凹模零件设计

由于塑件凹模结构相对比较简单，因此采用了整体式凹模结构。并在塑件上部和四周设置了冷却水道，加速塑件冷却过程。

3.3 内抽芯及顶出机构设计

由于塑件内壁有侧孔，为了在内抽芯的同时平稳地将塑件顺利推出，根据塑件形状共设计了七根斜导杆，大大简化了模具结构，节约了生产成本。

4 模具及塑件成品展示

5 结束语

模具采用了斜导杆实现同时内抽和顶出，解决了塑件型腔较深、加强筋较多、PC料包紧力大导致的脱模困难的问题，简化了模具结构。实践证明，模具运行平稳可靠，成型塑件质量良好。

参考文献

[1]塑料模具设计手册编写组.塑料模具设计手册[M].北京.机械工业出版社, 2002:201-205.

[2]杨靖.侧向抽芯和斜向抽芯的注射模设计[J].模具工业, 2010, 36 (11) :51-53.

[3]张维合.注塑模具设计实用教程[M].北京:化学工业出版社, 2007:126-143.

小议循环冷却水体系的节能设计论文第5篇

1现场运行状况

钢铁生产工艺中制氧是以空气为原料，通过空气过滤、压缩、冷却、精馏等工序，分离空气中的氧气与氮气来作为重要的冶金原料。冶钢20000m3/h制氧冷却机组是以循环冷却水实现制氧过程中的冷却功能。现场共配置3台循环冷却水水泵，两用一备。制氧循环冷却水系统水泵现场运行数据如表1所示。

2技术方案要点

调查结果表明，制氧循环冷却水系统能耗较高，在“高效流体输送技术”进行技改方案中，以水泵节能技术为首选。主要包括高效节能水泵及管网优化设备，调整更换原输送设备;通过安装预旋流整流控制装置，优化输送管网效率;解决原系统运行流量偏差所导致的无效功耗;优化纠正原系统不合理的运行模式，降低系统运行能耗，达到节能降耗的目的。(1)对现场运行数据科学计算。利用工程流体力学相关理论，依据现场实测数据进行流动阻力及能量损失推导计算。应用计算机模拟仿真、实验研究，较准确推导出管阻特性，计算出能量损失最小值。(2)节能水泵设计与制造。采用国外最先进的“CFD”整体数据模拟技术及三元流理论进行最优水泵设计，通过“CFD”泵与管路系统装置整体数值模拟技术，计算不同工况下泵装置内部流场，提高泵装置设计与运行效率，如图2所示。

3节能方案分析

节能量测算。实施技改的制氧冷却水系统水泵组，泵开机时间为24h/d、365d/a，电费按0.65元/kWh。技改后流量及扬程数据为现场用户确认生产要求数据。年节约用电145.5万kWh，(见表2)年直接节约约100万元。方案实施模式。合同能源管理模式(EPC)是节能服务公司实施节能服务项目的重要模式。即节能服务公司与用能单位以契约形式约定节能项目的节能目标，节能服务公司为实现节能目标向用能单位提供技术服务，用能单位以节能效益支付节能服务，公司的投入及其合理利润的节能服务机制。综合考虑节能改造现场施工、节能效益等因素，对制氧厂循环冷却水系统水泵装置以EPC模式实施技术改造。合同能源管理模式实施要点有:(1)某公司负责从节能方案到方案实施的全流程的技术、资金及项目管理内容，冶钢方面负责项目实施时的工程协作;(2)某公司保证节能技改实施后吨水节电率不低于20%;(3)冶钢在某公司节能技术达到节电目标前提下，以节电收益按期支付项目费用。

结论

循环水系统节能是对终端用能设备(或机组)进行一种有效的节能改造手段，也是当前节能的主要手段之一，总结有以下特点:(1)与工序节能不同，循环水系统节能是对诸如冷却塔水轮机、水泵或变频控制器等终端用能设备的局部性改造，因此，节能改造的工期短，施工灵活，基本不影响正常生产。(2)通过缜密的现场调查，依据对现场运行数据的科学计算与评估，设计合理的节能技术改造方案。针对系统组成的不同单元的数据分析，采用的节能技术会有所不同。因此，对同一现场，可以设计不同的节能方案，并从中选择投入与产出最优的方案作为执行方案。(3)节能水泵的技术方案，是对实际流量及系统阻力精确计算后进行精确设计的结果，节能量的测算值有确定的范围。

★ 循环教学计划

★ 新型废水厌氧处理工艺--内循环厌氧反应器

★ 水质的调查报告

★ ENSO循环及相关研究进展

★ 水质检测中心主任竞聘稿

★ 水质调查社会实践报告

★ 水质监测实习报告

★ 如此循环的意思是什么

★ 循环经济发展的论文

冷却设计第6篇

关键词：CFD；发动机；缸体；冷却水套；优化方案

就当前来讲，发动机开发过程中需用到冷却水套的CFD分析这一计算途径，运用这一计算技术哟助于确保发动机设备在热负荷比较高的排气管道周边拥有相对理想的冷却液循环流动，而产生较少的压力损失。本文在概念设计时期借助于CFD分析发动机械缸体的冷却水套，通过建立模型等提出进一步的优化设计方案。

1.建立模型的方法

1.1.分清算法及各类边界条件

一般情况下，冷却液需选择50%的乙二醇及50%的水制成混合液，运用处于稳定状态下的计算模式，在模拟计算时，应设冷却液在水套内部为绝热的流动状体，不容压的粘性流动，计算时运用有限的体积法将计算区域分成散乱化的管理体积网格，在每个管理体积上积分管理方程，产生变量计算的数学方程，在模拟计算时，需求出持续性的方程、能量守恒的方程以及动量方程等。

通常要满足下列三项条件：首先，在出口边界，应符合压力出口的边界条件，大气压充当出口压力；其次，入口边界的进口速率可依照缸体冷却水套的冷却液入口位置的实际流量以及入口处的面积计算得到，进口的速率通常为2.5m/s；壁面的边界上，壁面需运用防滑移固壁，也就是说，固体外表上流体速率为零。

1.2.构建网络模型及几何模型

在本次研究中，运用北京现代α1.6型汽油发动机械缸体的冷却水套作为直接探究的对象，几何模型通过三维CAD系统软件加以确立。毋庸置疑，模型的建立是一个相对繁琐的过程，在开展仿真计算时会耗费大量的时长，在保证不影响模拟结果的基础上，对模型开展一系列简易化的处置办法。

几何模型的创建需经UG系统以输出STP格式的图形格式进行制作，接着用固定的网格生成系统划分缸体冷却水套的网格，冷却水套的外表网格可定为三角形状，流动的区域愚弄四面体的网格加以区分，冷却水套整体运用非结构化的网格，在临近冷却水套壁面的区域周边，运用四面体的网格单元，以便于合乎相对繁琐的三维空间区域，在这期间，可对冷却水套的流动参数的变化明显的部位加以适度的网格加密限制。

2.流动仿真的模拟化结果

2.1.缸体冷却水套外侧面的矢量

冷却液在进入发动机械的缸体冷却水套之后，因先前受水泵叶轮旋转作用等要素的制约和影响，冷却液的流动并非呈现单线的形态，在缸体冷却水套的首缸外壁面部位的冷却液未能彻底地沿缸体产生横向的流动，而是在起先阶段流到缸体下底面，接着经缸体的下底面流动到缸体的上方一侧，不难发现，冷却液在水套的首个缸外壁面的位置出现了漩涡的情形，这样一来，直接造成首缸体冷却水套的一些流动的阻力增加剧烈，冷却液在冷却水套的外壁面流动速率每况愈下，直接降低了自身的冷却效果。

2.2.缸体冷却水套的气温

发动机缸体的冷却水套，其气温的分布并非均匀不变的，冷却水套的排气一侧的气温通常要超过进气一侧的气温，另外，由于缸体冷却水套在第四个缸部位的冷却液流动速度相对较低，直接致使第四个缸体冷却水套内部的气温高于另外的每个缸。

2.3.缸体冷却水套顶平面及底平面的速度

一般情况下，缸体水套的上顶部，冷却液的流动速率相对迅速，平均的流动速率可达到1.2m/s.，在第四缸的右端，流动速率始终未降到零，仅在排气一侧有较少流动速率<0.2m/s的位置。

冷却液在缸体冷却水套的下底部流动速率较为迟缓，平均流动的速率仅为0.7m/s，在第四缸的右端部位，流动速率一度下降到零，同时，冷却液在进气一侧的流动速率均稍高于排气一侧。综合对比，不难发现，发动机械设备的缸体冷却水套，其上顶部的冷却液具体的流动速率要高于水套下底部的速率。

3.优化方案的对比

3.1.优化方案

通过以上模型分析结果可知，冷却液在冷却水套的首缸体外壁面的部位出现了漩涡状况，直接造成缸体冷却的水套内部，冷却液的流动阻力呈现增加的态势，流动速率得以下降，给首缸体冷却水套外壁面的冷却任务产生了负面影响。另外，在第四个缸部位，显著出现了较低的冷却液流动速率的位置，造成冷却水套的第四个缸部位个别区域热负荷的增加，这便需不断地改进优化设计发难，以便于整体提升冷却的效果，方案如下：

首先，可将冷却水套的冷却液入口方位下降15mm，采用使冷却液入口下降的方案避免首缸水套外壁面出现严重的漩涡现象，使冷却液在首个缸冷却水套的外壁面的位置处呈现单线的流动状态。其次，调整冷却液水孔的具体结构，在冷却水套的排气一侧的4个圆形处的小孔部位，其冷却液的流量相对较小，不但未能增加排气一侧冷却液的上水量，还使冷却水套排气一侧另外部位上的水孔冷却液的实际量降低，所以，要将其去除。在这期间，为有效地增加首缸排气一侧方位处的水孔冷却液量，可把起先用到的首个缸体冷却水套进气一侧的26号上水孔予以去除，进而完成整个方案的优化

3.2.同原结构的分析比较

经同原结构加以比较可知，冷却液的流动速率略微增加，冷却水套上顶部冷却液的流动速率也有相应的增加，这对于改善冷却效果是大有裨益的。

结语：

综上所述，发动机械缸体冷却水套内部的冷却液流动需合乎冷却的规范，然而，也暴露一些缺陷，需通过设计方案的不断优化，增强提升冷却液的流动速率，达到增强冷却效果的目标。

参考文献：

[1]俞小莉；武亚娇；黄瑞；韩松.轿车发动机冷却水套流动与传热CFD计算分析[J].车用发动机.2010（03）

[2]熊树生；周文华；张朝山；何文华；陈理；程超.发动机缸体冷却液流动传热的三维CFD模拟[J].浙江大学学报（工学版）.2007（07）

[3]杜佳正；黄荣华；王龙飞；薛赪.发动机机体缸盖冷却水CFD模拟计算与分析[J].柴油机设计与制造.2007（01）

[4]詹樟松，陈小东.应用CFD技术对发动机冷却水套进行优化设计[J].汽车工程.2009（05）

煤油冷却器的工艺设计第7篇

冷却煤油的换热器种类很多, 根据冷热流体热量交换方式, 换热器可分为间壁式、直接接触式和蓄热式。直接接触式换热器由于冷热流体直接接触, 传热中往往伴有传质、过程机理和单纯传热有所不同, 应用也受到工艺要求的限制。蓄热式换热器缺点是设备体积较大, 过程是不定常的交替操作, 不能完全避免两种流体的掺杂, 所以这类设备化工上用的不多。间壁式换热器特点是在冷热流体之间用一金属壁隔开, 使两种流体在不发生混合的情况下进行热量传递。本文煤油冷却器的设计就是采用间壁式换热器中的列管式换热器。本设计任务及操作条件为:某生产过程中, 需将7200kg/h的油从140℃冷却至40℃, 压力为0.3Mpa;冷却介质采用循环水, 循环冷却水的压力为0.4 Mpa, 循环水入口温度30℃, 出口温度为40℃。试设计一台列管式换热器, 完成该生产任务。

1 煤油的成分

煤油是石油产品之一。英文名称Kerosines, 别名灯油、灯用煤油。通过直馏馏分或不含热裂化组分的二次加工馏分经脱硫精制、脱臭制成。主要由160℃-300℃的烃类化合屋组成。煤油是石油的分馏产品之一, 其主要成分是烷烃[CnH (n+2) ], n是系数, 煤油中n一般在10-16之间。除烷烃外煤油中还有些烯烃或炔烃。

通常所说的产品煤油是以经过精制的直馏煤油或加氢裂化煤油馏分调和而成。其主要成分为C10-C16烷烃, 还含有少量芳香烃、不饱和烃、环烃及其他杂质。

煤油是石油产品之一。英文名称Kerosines, 别名灯油、灯用煤油。通过直馏馏分或不含热裂化组分的二次加工馏分经脱硫精制、脱臭制成。主要由160℃-300℃的烃类化合屋组成。煤油芳烃含量适中, 硫含量低, 燃烧充分、热值高、火眼稳定、不冒黑烟, 不结火花, 无明显臭味, 对环境污染小。由天然石油经常减压蒸各种煤油在常温下为液体, 无色或淡黄色, 略具臭味。不溶于水, 易溶于醇和其他有机溶剂。易挥发。易燃。与空气混合形成爆炸性的混合气。爆炸极限为2-3%。一般沸点为110-350℃。

煤油因品种不同含有烷烃28-48%的, 芳烃20-50%, 不饱和烃1-6%, 环烃17-44%。碳原子数为10-16。此外, 还有少量的杂质, 如硫化物 (硫醇) 、胶等。

2 换热器的内容与工艺设计

换热器是将热流体的部分热量传递给冷流体的设备, 又称热交换器。在换热器中至少要有两种温度不同的流体, 一种流体温度较高, 放出热量;;另一种流体则温度较低, 吸收热量。

换热器的应用广泛, 日常生活中取暖用的暖气散热片、汽轮机装置中的凝汽器和航天火箭上的油冷却器等, 都是换热器。它还广泛应用于化工、石油、动力和原子能等工业部门。它的主要功能是保证工艺过程对介质所要求的特定温度, 同时也是提高能源利用率的主要设备之一。

换热器既可是一种单独的设备, 如加热器、冷却器和凝汽器等;也可是某一工艺设备的组成部分, 如氨合成塔内的热交换器。

列管式换热器在化工、石油、动力、制冷、食品等行业中得到广泛的使用, 并占有十分重要的地位。同时, 尤其是在化工、石油、能源设备等部门所使用的换热设备中, 列管式换热器仍处于主导地位。而在列管式换热器的设计中, 首先应根据工艺要求选择适用的类型, 然后计算换热所需要的传热面积, 并确定换热器的结构尺寸。

列管式换热器的设计和分析包括热力设计、流动设计、结构设计以及强度设计。其中以热力设计最为重要。热力设计指的是根据使用单位提出的基本要求, 合理的选择运行参数, 并根据传热学的知识进行计算。流动设计主要是计算压降, 其目的就是为换热器的辅助设备 (例如泵的计算) 的选择作准备。结构设计指的是根据传热面积的大小计算其主要零部件的尺寸, 例如管子的直径、长度、根数、壳体的内经、折流板的长度和数目、隔板的数目及布置以及连接管的尺寸, 等等。在某些情况下还需要对换热器的主要部件特别是受压部件做应力计算, 并校和其强度。对于高温高压下工作的换热器, 更要做这方面的计算。

结构设计指的是根据传热面积的大小计算其主要零部件的尺寸, 例如管子的直径、长度、根数、壳体的直径、折流板的长度和数目、隔板的数目及布置以及连接管的尺寸, 等等。在某些情况下还需对换热器的主要零部件―特别是受压部件做应力计算, 并校核其强度。对于在高温高压下工作的换热器, 更不能忽视这方面的工作。这是保证安全生产的前提。在做强度计算时, 应尽量采用国产的标准材料和部件, 根据我国压力容器安全技术规定进行计算或校核 (该部分内容属设A.列管式备计算, 此处从略) 。

列管式换热器的工艺设计主要包括以下内容:

(1) 根据换热任务和有关要求确定设计方案;

(2) 初步确定换热器的结构和尺寸;

(3) 核算换热器的传热面积和流体阻力;

(4) 确定换热器的工艺结构。

3 设计方案的确定

确定设计方案

3.1 选择换热器的类型

两流体温度变化情况:热流体进口温度140℃.出口温度40℃;冷流体 (循环水) 进口温度30℃, 出口温度40℃。该换热器用循环冷却水冷却, 冬季操作时进口温度会降低, 考虑到这一因素, 估计该换热器的管壁温和壳体壁温之差较大, 因此初步确定选用带膨胀节的固定管板式式换热器。

3.2 流动空间及流速的确定

由于循环冷却水较易结垢, 为便于水垢清洗, 应使循环水走管程, 油品走壳程。选用f 252.5的碳钢管, 管内流速取

4 结论

换热器型式:固定管板式管子规格φ252.5管数116管长, mm 6000

换热面积 (m2) :管间距, mm32排列方式正三角形

参考文献

[1]柴诚敬等.化工原理课程设计.天津:天津科学技术出版社, 1994

[2]姚玉英等.化工原理, 下册.天津:天津大学出版社, 1999

轿车前端冷却模块的设计与仿真第8篇

前端冷却模块设计如不合理, 轿车发动机冷却系统会出现水温过高、过低的情况, 且空调系统制冷效果会变差, 而此类故障又很难简单解决, 这便影响了整车的正常使用。因此, 整车厂以及相关零部件供应商对前端冷却模块的设计研究给予了越来越多的关注和重视。空调国际有限公司 (以下简为本公司) 对轿车前端冷却模块进行研究已有10余年, 在轿车前端冷却模块开发和应用方面积累了丰富的经验。我们认为, 计算机辅助设计的应用, 可以极大地缩短产品开发周期, 大量节约开发成本。

1前端冷却模块简介

1.1前端冷却模块组成

前端冷却模块由水箱、冷凝器、电子风扇、膨胀水壶、胶管组成, 如图1所示。

1 水箱 2 冷凝器 3 电子风扇 4 膨胀水壶 5 胶管

1.2前端冷却模块功能

水箱的功能是冷却发动机冷却液, 保证发动机在最适宜的温度状态下工作, 以获得较高的动力性、经济性及可靠性。冷凝器的功能是冷却空调系统制冷剂, 确保空调系统正常运行, 让乘客感觉舒适。电子风扇的功能是通过冷凝器或管路上的传感器将压力信号转化为电信号以及水箱温度传感器将温度信号转化为电信号传递给控制模块, 当冷凝器压力或水箱温度高于设定值时, 控制模块就接通电子风扇电源, 使电子风扇开始工作, 冷却冷凝器中的制冷剂和水箱中的冷却液。膨胀水壶的功能是储存冷却液, 当水箱内部压力高于水箱盖开启压力时, 冷却液顶开水箱盖出液阀, 通过胶管流进膨胀水壶;当水箱内部压力低于水箱盖真空阀压力时, 膨胀水壶的冷却液通过胶管流进水箱。

1.3前端冷却模块零件结构

(1) 水箱结构:横置式和纵置式。 (2) 冷凝器结构:平行流式和管带式。 (3) 电子风扇结构:按结构分为单风扇和双风扇; 按控制方式分为调速电阻和调速模块。 (4) 膨胀水壶分为开式水壶和闭式水壶, 膨胀水壶容积应为整个冷却系统容量的6% 左右。

2前端冷却模块设计

2.1轿车发动机参数

根据主机厂提供, 本公司为其开发的一款车的发动机参数如下:发动机排量2.4 L, 气缸数4, 额定功率102.8 kW/ 5 500r/min, 最大扭矩206.6Nm (2 500r/min) 。

发动机对冷却模块的要求: (1) 水箱性能要求:水流量1L/s, 进水温度85℃, 表面进风温度25℃, 风速8m/s时水箱散热量≥62kW。 (2) 电子风扇技术要求:风量≥2 350 m3/h (静压100Pa) , 电流25A, 功率300W (max) , 无负载条件下, 高速N= (2 800±200) r/min, 低速N= (1 800±200) r/min, 噪声要求小于70dB。 (3) 冷凝器性能要求:进风温度38℃, 进气压力1.67 MPa, 过热度25 ℃, 过冷度5 ℃, 风速7m/s时散热量≥15.2kW。

2.2水箱设计

2.2.1水箱芯子正面面积Fｆ理论计算

(1) 依据《汽车设计手册》提供的公式Ff≥0.1+0.032Vn (Vn为发动机排量) , 发动机水箱芯子正面面积Ff≥0.1+0.032 2.4=0.177m2。

(2) 依据《汽车设计手册》提供的公式Ff= (0.002 7~ 0.003 4) Nemax, Nemax=102.8kW, 由于是带电子风扇冷却的轿车水箱, 所以取最小系数0.002 7, 发动机水箱芯子正面面积Ff=0.002 7102.8=0.277 6m2。

根据上述2次计算, 水箱芯子正面面积理论值Ff应不小于0.277 6m2。

2.2.2水箱芯子尺寸确定

根据发动机机仓总布置允许的空间尺寸范围, 该车水箱选用纵置式结构, 按照标准JB229178, 初步选择水箱芯宽700mm、芯高400mm。

根据本公司现有工艺设备, 采用波高6.1 mm、波距2.4mm、宽18.5 mm的散热带和1.5 mm18.5 mm的散热管, 以实现系列化生产。

散热管数n= (700-6.1) / (1.5+6.1) =693.9/7.6=91.3。

散热管数量取整数, 所以散热管数n=91, 散热带数=n+ 1=92。

水箱芯子宽度=911.5+926.1=697.7mm。

水箱芯子正面面积:Ff=697.7400=0.279m2>0.277 6m2。

水箱芯子初步确定尺寸:697.7 mm (芯宽) 400 mm (芯高) 18.5mm (芯厚) 。

2.2.3水箱散热面积S理论计算

依据《汽车设计手册》提供的公式S=S比Nemax, 轿车S比为0.07m2/kW, 发动机水箱散热面积理论值S=0.07102.8= 7.2m2。

2.2.4水箱散热面积校核

根据水箱芯子正面面积确定的水箱尺寸校核散热面积是否满足理论要求, 散热面积S为散热管的散热面积与散热带的散热面积之和。

散热带的波峰数 =400 ( 芯高 ) / 2.4 ( 波距 ) =166.7 。

波峰数取整数 , 所以波峰数 =167 。

散热带展开长度=167 (6.12+1.6) =2 305mm。

其中, (6.12+1.6) 为一个波距的展开长度, 1.6为一个波距展开时增加长度的经验值。

水箱散热面积:S=2Sf+St=2922 30518.5+91 400 (1.5+18.5) 2=9.3m2 (Sf为散热带面积, St为散热管面积) 。

水箱散热面积9.3m2大于理论值7.2m2, 因此, 本车选择的水箱芯子尺寸697.7mm (芯宽) 400mm (芯高) 18.5mm (芯厚) 满足要求。

2.2.5水箱结构设计优化

水箱结构设计完成后, 用散热器Fluent软件对冷却液在水箱中的流量分布及水箱表面温度进行模拟, 尽可能使水箱中的每根扁管流速一样, 水箱同一高度处温度一样。如果模拟的结果水箱同一高度处温度相差比较大, 则必须对水箱中的水室进行设计更改, 保证水箱的设计达到最优化。

2.2.6水箱散热性能模拟计算

确定了水箱结构参数, 其散热性能是否能满足要求, 按照以前的做法是先做样件, 再进行试验, 根据试验结果调整水箱结构参数, 这样既费时又费力。如今用HEX模拟软件进行性能模拟非常方便, 输入散热管和散热带参数以及试验工况条件, 软件就可以计算出水箱散热量, 根据模拟计算结果绘制出散热量与风速的曲线图 (图2) 。风速8m/s时, 水箱散热量为64.2kW, 大于目标值62kW, 满足主机厂的水箱散热量要求。

2.3冷凝器设计

水箱结构参数确定后, 冷凝器结构参数就比较容易确定了, 水箱芯高400mm, 考虑到冷却模块周边边界条件, 冷凝器芯子高度不能超过358mm, 本公司冷凝器扁管规格1.8mm 16mm, 翅片波高8 mm, 扁管根数= (358-8) / (1.8+8) = 35.7。扁管根数取整数, 所以扁管数为35根, 翅片数为35+ 1=36条。计算冷凝器芯子高度H =1.835+836= 351mm, 根据主机厂给出的冷凝器散热量要求, 用HEX软件进行模拟计算, 最后确定冷凝器芯子宽度尺寸为668 mm。根据模拟计算结果绘制出散热量与风速的曲线图 (图3) 。风速7m/s时, 冷凝器散热性能模拟值为15.5kW。所以, 冷凝器芯子尺寸668mm (宽) 351mm (高) 16mm (厚) 满足主机厂对冷凝器的性能要求。

2.4风扇选型

风扇选用调速电阻控制2档风速, 根据水箱正面面积尺寸 (400mm697.7mm) , 叶轮直径选择381mm。

3前端冷却模块模态分析

主机厂要求前端冷却模块模态频率≥40 Hz, 以免其与车体本身产生共振。用NASTRAN模拟软件对前端冷却模块初始数模进行模态分析, 模态频率为32Hz, 发现风扇中间位置抖动比较大, 风扇刚性不好, 不能满足主机厂要求。更改风罩结构, 风罩中间位置增加上下2个支架与水箱固定, 风罩本体增加加强筋, 再次对前端冷却模块进行模态分析, 模态频率为43Hz, 如图4所示, 满足了主机厂的要求。

4前端冷却模块装车状态气流模拟

前端冷却模块前有格栅, 通过FLUENT和KULI软件模拟空气通过汽车格栅、冷凝器、水箱表面的气流分布 (图5) , 为优化格栅设计, 合理布置前端冷却模块提供依据, 同时也可模拟发动机机仓内是否产生回风和漏风 (不经过前端冷却模块) , 从而确定是否要在前端冷却模块周边增加密封垫。如果发动机机仓内产生大量回风和漏风, 将会影响冷凝器和水箱散热。

5结语

随着我国汽车工业的飞速发展, 汽车厂家对前端冷却模块的设计要求越来越高, 除了要求前端冷却模块满足整车性能外, 还要求重量轻, 价格便宜。这就要求设计人员既要有丰富的设计经验, 又要有运用CAE软件模拟的能力并了解材料性能。

装载机冷却系统的改进设计第9篇

1)风扇的冷却能力仅随发动机的转速而变，却不能随着环境温度和发动机热状态的改变而自动变化，所以造成了发动机低速大负荷工作时，冷却能力明显不足，出现过热现象;而高速小负荷工作时则冷却能力严重过剩，延长了预热时间(尤其在冬季)，使发动机在低温状态下长时间工作，造成大量的燃油浪费。

2)这种驱动方式发动机散热器和液压油散热器共用1个风扇进行冷却，如图1所示，这种布置方式虽然结构简单、成本较低，但必然造成冷却空气通过散热器的流动阻力明显增大,减小了冷却空气与散热器中冷却液的温差,降低了热交换速度;另外，多个散热器用同一风扇进行冷却，不能根据冷却水和液压油各自不同的目标温度进行不同程度的冷却。

3)由发动机曲轴驱动的风扇与散热器风罩的径向间隙较大(不能小于20mm)，使风扇的容积效率低,这就造成了风扇的低效高耗(风扇耗能占发动机有效功率的10%左右)。

1 改进后冷却系统的组成和工作原理

为了解决上述问题，根据装载机的作业条件和散热规律对冷却风扇的驱动方式和散热器布置方式进行了改进设计，把冷却风扇的驱动方式改为液压驱动。如图2所示，首先将发动机的散热器与液压油的散热器分开布置，采用两个风扇分别进行冷却。由发动机带动的齿轮泵驱动液压马达，液压马达驱动发动机的风扇和水泵运转，并采用电磁比例溢流阀控制风扇马达流量的方式来调节风扇和水泵的转速，电磁比例溢流阀的流量由微控单元ECU根据冷却液温度传感器的电信号自动调节。此方法的主要特点是可以根据装载机的散热需要自动调节冷却风扇和水泵的转速，使发动机保持正常工作温度。

1-冷却液温度传感器;2-微控单元ECU-3;电磁比例溢流阀;4-精滤器;5-齿轮泵;6-发动机;7-粗滤器;8-油箱;9-水泵;10-液压风扇马达;11-冷油器;12-风扇;13-风扇电机;14-液压油散热器;15-冷却水散热器

由于风扇驱动方式的改变，风扇的安装位置比较灵活，所以液压油的散热器也可以离开发动机散热器布置，冷却风扇可用电机驱动，该电动风扇也可由微控单元ECU根据液压油温度传感器的电信号实现自动控制，所以液压油温度也可始终保持正常范围。

2 冷却系统液力驱动的设计计算

选择液压元件首先要确定装载机对冷却系统所要求的散热量;再根据热平衡方程，即进入冷却系统中的热量应当由冷却介质带走，由发动机散入冷却系统中的热量来确定所需要冷却水的循环量及冷却空气的循环量;最后完成对水泵和风扇消耗功率的计算，推算出液压马达和油泵的设计参数。

3 液压马达和液压油泵型号的确定

已知液压马达的输出转矩、负荷压力和每转排量就可以选择液压马达的型号。根据齿轮马达选用指南，对基本使用性能参数，如齿轮马达的输出转矩，应有1.3～1.5倍的储备，尤其考虑到装载机低速大负荷时工作的情况，系统选择榆次液压有限公司生产的CM-FE50E齿轮液压马达，该马达的额定排量为48.75mL/r;额定转速1 800r/min，最高转速为2 500r/min;额定工作压力14MPa;额定转矩90Nm，在12MPa工作压力下，转矩为77Nm;重9.5kg，该马达为法兰安装，螺纹连接油口，能够满足系统动力输出、安装要求。

根据计算得出的液压泵工作压力、最大供油量和排量及工作转速，即可确定液压油泵的型号。

4 结论

根据满足发动机散热需要时风扇、水泵所消耗的功率，得出了液压马达和油泵的主要参数，根据此参数确定的液压马达和油泵可以满足冷却系统的液力驱动条件。

某大件牵引车冷却系统设计第10篇

某大件牵引车是我单位针对中国大件运输自主设计开发的全新车型, 设计总质量60T, 最大牵引质量300T, 匹配600马力进口康明斯发动机, 进口采埃弗自动变速箱, 。自2010年试制成功并投放和市场后, 得到大件运输企业一致好评, 目前已经形成批量订单生产。以下就针对本车型冷却系统布置进行详细说明。

随着发动机功率的提高, 对冷却系统的要求也逐渐提高。汽车冷却系统的功能是保证发动机在任何负荷条件下和用户所必须的任何工况条件下, 均能正常可靠的工作而不引起发动机过热, 尤其是在马力不断增大性能不断增强的情况下, 发动机热负荷及机械负荷普遍提高, 因此对冷却系统以及车辆热管理提出了更高的要求。

1、设计基本原则

①整车冷却系统的设计要点是:提高空气流通系统的效率, 保证冷却液循环系统的处气能力。

②以发动机和变速器规定的冷却系统参数为设计输入, 匹配散热器总成;合理布置散热器在整车上的布置位置, 保证发动机以及变速箱的的正常可靠工作, 不会引起发动机过冷或过热。

③与发动机厂家联合进行冷却系统的热平衡测试评价。

④增加副散热器, 保证满载工况的正常使用。

2、冷却系统布置形式

因整车匹配大马力发动机, 同时还必须满足重载工况下变速箱的冷却要求, 因此, 在车辆设计过程中冷却系统匹配设计一直都是难点。

结合车辆布置结构特点以及动力系统所需冷却冷却量的计算结果, 对冷却系统管路做布置如图一所示:

主散热系统位于前端的散热器采用传统结构, 中冷器和散热器进行套装, 并安装环形吸风风扇, 风扇选用与散热器芯子尺寸基本相同直径的风扇, 提高散热效果。

副散热系统安装于驾驶室侧后方, 副散热系统主要包括液压泵、液压马达 (集成比例流量阀和溢流阀) 、液压油箱 (铝合金) 、冷却风扇 (吸风) 、油冷器、传感器 (水温传感器和转速传感器两种) 、控制器以及相应的连接接头、管路等。由风扇控制器根据不同水温控制液压马达的转速从而实现风扇转速的大小。散热器进水口安装温度传感器, 当散热器进水口温度低于81℃, 而且发动机转速为2000rpm, 则风扇转速为400rpm;当散热器进水口温度为81℃到90℃时, 而且发动机转速为2000rpm, 则风扇转速为1000rpm;当散热器进水口温度大于90℃时, 而且发动机转速为2000rpm, 则风扇转速为2000rpm;当散热器进水口温度大于90℃时, 而且发动机转速为800rpm, 风扇转速为1320rpm (风扇最大转速) ;总之实现散热器进水口温度稳定在81℃到95℃之间, 当水温大于90℃时风扇达到最高转速。当冷车启动或者空车运行中, 风扇闭锁不工作, 当进行重载工况时候, 达到启动温度, 电子风扇开始运行工作, 冷却液流经主副散热器, 同时对发动机和变速器油冷器进行冷却散热, 保证正常使用。

3、冷却工作原理

冷却系统工作设计分为冷车启动小循环和满载工况两种方式, 具体原理如图2所示:

当发动机刚启动时, 冷却水温不高, 节温器全闭合, 冷却水主要在发动机内部循环, 少量水从溢出口2出来, 冷却油冷器后进入前散热器后进入发动机。溢出口2主要作用是在长时间下坡过程中冷却液冷却油冷器中的变速器油。

在满载工作状态下, 节温器全开, 冷却液冷却发动机后经水管1和水管2进入侧散热器冷却, 经管道3流入油冷器中冷却变速器润滑油, 之后经过水管4进入前 (主) 散热器中, 冷却降温后过水管5进入发动机, 对发动机进行冷却。

4、结论

某大件牵引车推向市场6年来, 冷却系统完全满足车辆在各种工况下的行驶的冷却需求, 且结构简单紧凑, 维修保养方便, 使用性能稳定, 整车性能得到市场充分肯定。

参考文献

[1]陈家瑞.汽车构造[M].北京:机械工业出版社.2005.

冷却热情深刻反思第11篇

吃过晚饭，手机短信不时响起，由于我在洗碗，也无暇去阅读信息。

女儿麻利地从我包里掏出手机，开始翻阅，兴奋地读起第一条短信：“戴老师，你的手好点了吗？我很是担心。”女儿读的声音逐渐减弱，急忙跑到我身边关切地问：“老妈，你的手怎么啦？”我也赶忙把头凑过来看信息，原来是刚转入我班的一位叫孙×的女生发给我的。这个孩子就如她的名字很文静，平时话不多。我对我女儿说：“没什么，就被一位高年级的孩子撞了一下。”女儿不禁打量了一下我的手，开始继续翻阅第二条短信：“戴老师，我女儿说你今天被一个又高又大的学生撞到了，好可怜，她在担心你明天是否能帮他们批改作业呢？”看到这，我顿时觉得这个孩子好懂事。女儿一边翻还一边问我，这是谁的家长？我也强烈地感受到了家长对我的那份关心，心里还真的很感动。女儿边向我递手机边说：“妈妈，你慢慢看吧！后面还有好几条呢？”我一一翻阅着，还有一条信息也让我忍俊不禁：“戴老师，明天的体育课，你的手还能帮我们甩绳吗？放学时，我看见你的左手一直扶着你的右手，是不是右手还在疼痛？”这是一个大大咧咧的男孩子，真没想到他的观察那么细致。而后，也相继接到几位家长和孩子的慰问电话。

雨果曾经说过：“人生至高的幸福，便是感到自己有人爱。”晚上，躺在床上兴奋得有点难以入眠，在翻身时才略微感到胳膊肘有点疼痛，不禁回想起今天发生的一幕。

今天我是值班老师，第三节课铃声一响，我一脚刚踏出教室门，就被一个又高又大的男生撞倒在教室的门框上，当时右胳膊肘确实疼痛，严厉批評那个冒失的男生后，决定借此机会“杀鸡儆猴”。我把我班同学叫到教室，并利用契机加强安全教育。教室里的气氛一下子凝固起来了。我是希望他们能够从撞人事件上吸取教训。教室里寂静无声，我明显感受到了全班同学噤若寒蝉的表情。

想到这，内心深处隐约有个念头一闪：难道我错了？我陷入了深思：我们班的学生并没有做错什么，他们本来下课可以轻松一下，没想到我雷厉风行，给他们人为地下了一场暴风雨，我完全没有站在学生的立场，也许学生看到老师那么严厉，害怕了；看到老师生气，着急了；看到老师痛苦，担心了；听到老师的义正词严，他们不敢吭声，只能委曲求全……我辗转反侧，一不小心胳膊肘又疼痛起来，心也越发沉痛，该好好反思一下了。

【案例反思】

一、我尊重学生了吗

燕子去了，有再来的时候；杨柳枯了，有再青的时候；而学生一旦对你敬而远之，有再爱你的时候吗？我带这个班已经第四个年头了，既是班主任又是启蒙老师，可以说建立了十分深厚的情感。我知道教育成果背后真正的含义就是需要教师有与学生密切的关系，尊重学生，而我今天为了自己的性子，发泄了自己的情绪，使学生的心变得沉寂而沮丧。

二、我的耐心增加了吗

做教师的人都知道，自己付出了，教育效果却没有达到预期的目的，不免有点心浮气躁。其实，学生身上的缺点在教师眼里，可能都变得十分可爱，在教育过程中，教师应该循循善诱，细致耐心，而我今天没有耐心倾听学生的心声，以至于回家还念念不忘老师的伤，可见他们的心是最美丽、最友善的。

三、我给学生机会了吗

我固执地为了建立自己的威信，给学生一个下马威。我把本想上前慰问我的学生拒之千里之外，我把一颗真挚热情的心给冷却了，我把孩子对我的依赖感削弱了，孩子快乐笑容少了，殊不知学生只有亲其师，才能信其道。

这时我才恍然大悟。老师的呵护是打开学生心灵的钥匙，只有当老师与学生敞开心扉，学生才会对你亲密无间，只有当老师与学生真情涌动，才能为教育注入生机。如果说给学生一个机会，可以让学生创造辉煌，那么给自己一个机会，让我们看到奇迹的发生。

发动机冷却系统的设计研究第12篇

随着沙滩清洁机械化的日益普及, 全液压驱动的履带式沙滩清洁车得到快速发展。但其作业负荷大, 工作环境恶劣, 冷却系统散热器极易被扬尘堵塞, 导致动力系统过热, 故其对冷却系统性能的要求也相对较高。通过对冷却系统散热量和内部结构的计算, 采用有限元分析手段对冷却系统散热器结构进行流体分析, 优化结构设计, 提高动力系统性能。

1 冷却系统计算

1.1 散热量计算

发动机冷却系统散热量QW受许多因素影响, 很难进行精准计算, QW的初步估计可由下面的经验公式计算[1]:

式中:A为发动机冷却系统接收到热量占燃料热能的比例, 通常柴油机A=18%~25%;ge为发动机燃油消耗率, 一般柴油机在额定工况下ge可取0.210~0.270 kg/ (k·Wh) ;N为发动机功率, k W;hn为燃料低热值, 一般柴油机在额定工况下hn可取41 870 k J/kg。可求得:QW= (0.50~1.78) Ne。

履带式沙滩清洁车配备直喷射涡轮增压柴油机, 其压缩比高, 热效率高, 散热量较小, 根据经验可取QW=1.5Ne。

通常将最大功率Nemax工况 (发动机的额定工况) , 作为发动机冷却系统的计算工况, 履带式沙滩清洁车配备的发动机额定功率为43 k W, 求出QW=46.8 k J/s。

1.2 冷却液的循环量

1) 冷却液循环量计算。根据发动机冷却系统的散热量QW, 可推算得出冷却水的循环流通量VW:

式中:ΔtW为冷却水在冷却系统中循环流通时的容许温升, 对强制循环冷却系统, 可取ΔtW=6~12℃, 在此取12℃;γW为冷却水的密度, 取1000 kg/m3;cW为冷却水的比热, 取4.187 k J/ (kg·℃) 。可求得:VW=1.11×10-3m3/s。

2) 水泵性能参数。发动机厂家在发动机配备了水泵, 并提供了水泵的性能参数。通过查询发动机样本, 可得404D-22T发动机转速与水泵流量的关系。因选用水作为冷却液, 通过数据整理, 得出不同转速工况下对应的水泵流量和冷却液的质量流量如表1所示。

1.3 冷却空气需求量计算

冷却空气的需求量Vα常由散热器的散热量决定。散热器的散热量常与发动机冷却系统的散热量QW相等。

式中:Δtα为冷却空气流经散热器前后之间的温度差, 一般为10~30℃, 本文取20℃;γα为空气的比重, 通常γα=1.01 kg/m3;Cα为空气定压比热, 可取Cα=1.013 k J/ (kg·℃) 。可求出:Vα=2.25 m3/s。

1.4 散热器迎风面积

散热器迎风面积FR计算:

式中:υα为风扇重量风速, 为了保证冷却效果, 风扇通过散热器的重量风速应高于10 kg/ (m2·s) [2], 按空气密度1.2kg/m3计算, 即风速应大于8 m/s, 此处取值10 m/s。可得到散热器的迎风面积:FR=0.225 m2。

1.5 散热表面积及实际散热面积

散热表面积F计算:

式中:QW为发动机冷却系统的散热量, 46.8 k J/s;f为散热器的污垢系数, 一般取值1.4~2, 对于水冷取大值, 风冷取小值, 这里取值2;Δt为水和冷却空气的算术平均温差;KR为对流换热系数, 一般铝制管带式散热器可取KR=93~116W/ (m2·K) , 此处取KR=90 W/ (m2·K) [3]。

其中, Δt可由下式计算得出:

式中:tw1为冷却水域入口温度, 取值95℃;tw2为冷却水域出口温度, 取值85℃;ta1为冷却空气域的入口温度, 取值26℃;ta2为冷却空气域的出口温度, 取值90℃。

将上述各数值代入式 (6) 中可得算术平均温差为Δt=32℃。

综合上述各参数数值的确定, 最终可求得散热器散热表面积F=21.13m2。

散热器工作过程中, 由于冷却空气流速不可能完全在空间中平均分布, 并随着工作时间的积累, 常伴有大量的扬尘吸附于散热器内, 造成散热器的散热性能衰减, 因此实际散热面积F0一般要比理论计算的散热面积F大一些, 需乘以一个修正系数, 一般取值为1.1~1.15, 考虑沙滩清洁车低速运行工况, 取值1.15, 则实际散热面积可表示为:F0=βF=1.15×21.13=24.3 m2。

1.6 芯体外廓尺寸及内部尺寸

散热器外廓尺寸主要设计芯体的外廓尺寸, 其包含高度、宽度和厚度。由于受沙滩清洁车总体高度的限制, 并考虑散热器预留安装空间和发动机冷却系统覆盖件的设计, 将散热器高度定为H=0.5m, 则可得到宽度W=FR/H=0.225/0.5=0.45 m。

散热器芯体厚度T可由下式计算:T=F0/ (ф×FR) 。式中:ф为散热器芯体的容积紧凑系数, 由于沙滩清洁车结构复杂, 此处取值1000 m2/m3;可求得散热器芯部的厚度T=0.072 m。

基于汽车行业标准QC/T29025-1991, 芯体采用D2型双排式布局, 选用高频对焊IV型冷却管, 其截面规格为宽度b1=2 mm, 长度l=16 mm, 波距w=2.5 mm。

散热器所需散热带数为冷却管的厚度与间隔距离之和, 在芯体正面分部的数量, 可表示为n1=W/ (b+b1) =450/ (10+2) =37.5。

n1圆整后为38, 芯体与散热器主体框架间需要布置散热带, 为便于散热带的匀称分布, 将散热带数n1调整为奇数, 即为n1=38+1=39片。散热器所需冷却管的数量是未调整为奇数时的散热带数量与芯体中冷却管的布置排数之积, 即n2=2×38=76根。

散热带的波峰数可根据散热带长度及波距计算得出Z=H/w=500/2.5=200 mm。

波浪型的散热带结构布置紧密, 可提高空间利用率, 加大散热面积, 故散热带的折角较小, 一折散热带的长度约等于散热带的峰值A, 即为两根冷却管之间的距离, 由芯体宽度及冷却管厚度和数量得A=9.59 mm, 每片散热带的有效散热面积s0=2×2×A×T×Z=4×9.59×72×200=0.552 m2。

可近似估算出散热带的总散热面积为sd=s0×n1=0.552×39=21.543 m2。

每片冷却管的有效散热面积s1=2× (b1+l) ×H。可求得s1=0.039 m2。

冷却管的总散热面积为sg=s1×n2=0.039×76=24.58 m2。

散热器总散热面积为散热带与冷却管的散热面积之和S=sd+sg=21.543+3.042=24.585 m2。

计算得出的散热面积S=24.585 m2大于所需的散热面积F0=24.3 m2, 满足设计要求。

2 散热器三维建模

根据散热器初步设计尺寸对散热器进行三维模型的建立, 如图1所示。

3仿真计算与结果分析

3.1散热器整体仿真模拟

以换热单元的数值模拟建立的多孔介质替换结构复杂的散热带, 运用Fluent流体分析软件, 对发动机2600 r/min转速下工况进行仿真计算, 边界条件设置如表2所示。整体仿真模拟结果如图2所示。

图2 (a) 为散热器冷却水管内部冷却水的换热过程中的分布状况。水温由上至下逐渐降低, 这是由于水流下游时, 空气流域对其进行的强制对流换热造成的。上下水箱的水温要高于冷却水管内的水温, 原因有二:其一, 在进水管处一直有源源不断的高温水流入散热器中, 在上水箱中聚集后再分散到各冷却水管, 上水箱处不参与冷却系统的散热, 所以散热效果不明显, 可忽略不计;其二, 散热器的前排水管比后排水管的换热效果好, 造成前排水管的水温降低幅度要大于后排水管, 水温较高的后排冷却水流入下水箱后与水温较低的前排冷却水汇聚在一起, 故下水箱的水温要回升一点。由于风扇的轴向安装位置距离散热器的中心很近, 散热器的中心部位是冷却空气流速最大的地方, 因此散热器中间部位的散热效果最为显著, 强制换热的完成度大, 水温降低幅度最大[4]。

图2 (b) 和图2 (c) 是横纵两种切割方式下的空气流域温度分布。可看出流出散热器后的空气域, 其中间部位的温度要高于周围的温度, 这是由于冷却空气流经散热器后会受到散热器两侧紊流的影响, 中间部分的空气流动要较两侧更加复杂, 换热效果显著。

从整体的换热仿真结果可看出, 散热器在发动机转速为2600 r/min时的散热效果很好, 经过强制换热后, 出水口的水温降低到了70℃左右, 进出口水温差达到25℃, 冷却空气带走的热量多, 整体散热器的换热量尚有富余, 故可对散热器结构进行优化设计, 以减少设计冗余和生产成本。

3.2 散热器结构改进

通过减少冷却水管的个数来降低散热器的实际散热面积, 可达到在保证一定散热能力的基础上减少设计冗余和生产成本的效果;由于散热器冷却水管的分布特征和加工方便性, 冷却水管的减少需要成对进行。

以控制加工尺寸的低加工难度为边界条件, 提出散热器结构改进方案, 改进方案的结构参数如表3所示。

选择散热器冷却管数为68, 管带数为70, 实际散热面积为22.221 mm2的结构, 出水口的水温81℃左右, 与设计要求的容许温升范围很接近, 即散热面积很接近设计临界值。

4 试验情况

如表4、表5所示, 冷却系统的进、出水口温度皆在设计要求范围内, 并未出现开锅等现象, 设计的冷却系统能够满足发动机的散热要求, 验证了仿真分析的正确性。

5 结论

通过动力冷却系统散热量的计算, 设计散热器结构, 采用多孔介质模型法进行CFD仿真分析, 优化散热器内部结构, 降低生产成本, 改善发动机冷却系统散热性能, 提高车辆工作可靠性和稳定性。同时, 仿真分析和试验结果验证了散热器设计的合理性, 为后续发动机冷却系统的设计和优化提供参考。

摘要：冷却系统是车辆动力系统性能的关键因素, 通过对冷却系统散热量和内部结构的计算, 建立散热器的结构模型。基于多孔介质方法, 采用CFD方法对散热器进行数值仿真分析, 根据仿真结果对散热器结构进行优化设计, 通过样机的试验, 验证散热器结构设计的合理性, 为后续的设计优化提供理论依据。

关键词：冷却系统,计算,仿真分析,设计