【正文】 . 26 儲運 ................................................. 26 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計說明書 運行與操作 ........................................... 27 第六章 總結(jié) .................................................. 28 設(shè)計成果 .............................................. 28 設(shè)計中存在的問題 ..................................... 28 今后發(fā)展方向 ......................................... 29 體會 ................................................. 29 參考文獻 ...................................................... 30 附錄 .......................................................... 31 致 謝 ........................................................ 35 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計說明書 1 第一章 引言 概論 目前移動式發(fā)電機組被廣泛地應(yīng)用于高速鐵路、高速公路、橋梁、礦山、 隧道、水利電力、船廠 、 碼頭、港口 、油田、市政建設(shè)等建設(shè)工程。 關(guān)鍵詞 ： 移動式發(fā)電機組； 管芯式散熱器； 優(yōu)化設(shè)計 。 （ 二 〇 一 一 年 六 月 本科畢業(yè)設(shè)計說明書 學(xué)校代碼： 10128 學(xué) 號： 202110301190 題 目： 200KW 發(fā) 電 機 組 散 熱 器 設(shè) 計 學(xué) 生 姓 名 ： 劉 曉 永 學(xué) 院 ： 能 源 與 動 力 工 程 學(xué) 院 系 別： 熱 能 與 動 力 工 程 系 專 業(yè)： 熱 能 與 動 力 工 程 班 級： 熱 動 072 班 指 導(dǎo) 教 師 ： 席 明 智 副教授 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計說明書 摘 要 該設(shè)計主要給移動式發(fā)電機組提供 一種新型散熱器 —— 管芯式散熱器。 本設(shè)計為今后管芯式散熱器設(shè)計提供了實例，對管芯式散熱器進行了推廣和技術(shù)儲備。 tubecore radiator。 移動式發(fā)電機組在工作中出現(xiàn)的故障有一半是由于散熱不良而造成的，主要原因在于傳統(tǒng)的散熱器在礦山等惡劣環(huán)境中工作時，難免會被石頭等硬物砸中，當散熱 面積損壞程度超過 20%時，就需被迫停機更換散熱器， 這樣既浪費了工時，也增加了成本。 散熱器類型 散熱器就是 用來傳導(dǎo)和釋放熱量的裝置，其作用就是 將冷卻水在水套中吸收的熱量 通過散熱管帶傳遞給大氣，從而使冷卻水溫下降 。 （ 2） 管帶式。此散熱器是由管帶式散熱器演變而來，它的芯部由一根根的散熱管 芯 組合而成，每根散熱管 芯 是由一根扁平的冷卻管和兩側(cè)的翅片構(gòu)成 ，通常扁管和翅片是通過錫釬焊而成為一體的，翅片采用波紋狀散熱帶，在其寬度方向上開有許多百葉窗，以減少邊界層厚度，增加熱傳導(dǎo)效率。 散熱器功能 在 內(nèi)燃機 冷卻系中，機體熱量有 85%以上是靠散熱器釋放到了大氣中的，且散熱器在冷卻系中所占比重約為一半，故散熱器是冷卻系中最重要的組成部分。發(fā)動機組的冷卻要適度，若冷卻不足，會導(dǎo)致發(fā)動機過熱，造成充氣效率下降，早燃、爆燃等不利現(xiàn)象出現(xiàn)的幾率增大，從而使 整個發(fā)電機組工作效率下降；此外，由于零部件受熱膨脹，會讓運動部件間正常的間隙遭到破壞，使機器不能正常運轉(zhuǎn)，甚至卡死；零件也因過熱使其力學(xué)性能下降進而導(dǎo)致變形甚至破壞；而且由于機體內(nèi)溫度過高，會使?jié)櫥驼扯认陆担瑥亩率沽悴考砻嫘纬傻臐櫥陀湍て屏堰M而加劇零部件的磨損。就在上世紀六十年代以后，日本和美國相繼成功研制出了管帶式散熱器，使得制造工藝簡單，散熱性能大大提高，也是散熱器變得更加輕巧。 我國汽車行業(yè)起步晚，初期發(fā)展較慢；散熱器是從上世紀 五十 年代 中期開始研發(fā)的， 七十年代后期才開始研制管帶式散熱器， 主要以銅材作為散熱器材料。 設(shè)計的目的 及 意義 隨著我國經(jīng)濟的迅速發(fā)展，目前的散熱器性能已經(jīng)不能滿足各個領(lǐng)域的需求，本課題主要研究如何在保證發(fā)電機組正常工作時散熱器有足夠的換熱量并降低換熱流體的流動阻力進而降低內(nèi)燃機功耗。 任務(wù) 根據(jù)實際需求，為 200KW 發(fā)電機組設(shè)計管芯式散熱器，主要有 熱工計算、結(jié)構(gòu) 設(shè)計 、 加工圖紙，說明書盡可能 詳細，最終可以直接用于設(shè)計產(chǎn)品的加工。 為了滿足以上性能，目前常用的散熱器材料主要有 銅、鋁及工程塑料等。 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計說明書 6 第三章 散熱器設(shè)計計算 原始參數(shù)計算 冷卻系統(tǒng)散出的熱量 冷卻系統(tǒng)散出的熱量 wQ 主要受導(dǎo)熱材料的熱物性和管內(nèi)外介質(zhì)流速等因素的影響，難以精確計算，用以下公式做初步估算： ? ?skJhNAgQ Peew /360 0? （ 31） 式中 A—— 燃料釋放能量傳給冷卻系統(tǒng)熱量的百分比， 對柴油機~?A ，對于汽油機 ~?A ，此移動式發(fā)電機組用柴油機發(fā)電，故 A 選取 ； eg —— 內(nèi)燃機燃料消耗率 (kg/kw? h),在額定工況下， 由設(shè)計任務(wù)書給定 kg/kw? h； eN —— 柴油機額定功率（ kw） ,由設(shè)計任務(wù)書 給出 eN =235kw。一般說，散熱器的散熱量等于冷卻系統(tǒng)的散熱量 wQ 。設(shè)芯部高度和寬度分別為 h,b；則有： RFbh ?? （ 35） 代入數(shù)據(jù)有 ? ?mbh ??? 散熱器水管數(shù) 根據(jù)冷卻水循環(huán)量 wV ， 由經(jīng)驗公式計算冷卻水管數(shù) i： 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計說明書 8 0fvViww?? （ 36） 式中 wv —— 水在散熱管中的流速 (m/s)，一般 取)/(~ smv w ? ,本設(shè)計中選取 ? ?smvw /? 。 由參考文獻得翅片當量直徑 De1 = US4 = ? ?? ?? ? ? ?yx xyHw Hw 43 843 24 ????? ??? ?? ??= 式中 x —— 翅片內(nèi)間距，由附表 1 得 mmx ? ； y —— 翅片內(nèi)高，由附表 1得 mmy ? 。 可得 )( 220 mmFF ???? ? 單根散熱 管芯 表面積 如圖 32 所示為散熱管 芯 單側(cè)的示 意圖。 在設(shè)計過程中，影響散熱器芯部面積的因素有散熱量、冷卻水流速、冷卻水進出口溫度差、空氣側(cè)流速、空氣側(cè)進出口溫度差、儲備系數(shù)等，在此次設(shè)計中，在給定散熱量的前提下，要想改變散熱器芯部面積就需要調(diào)整 其它因素，在軟件優(yōu)化過程中，如果將全部因素都當做變量來處理，將大大增加編程難度，超出了我的能力范圍，也沒有足夠的時間去深究，故此次結(jié)構(gòu)優(yōu)化中，將對散熱器芯部正面積變化影響小的因素作為定量處理，僅將對散熱器芯部影響較大的幾個因素作為變量來優(yōu)化，編程中將管內(nèi)冷卻水流速 w? 、冷卻空氣流速 a? 、儲備系數(shù) ? 三者作為自變量，優(yōu)化目標是在兩散熱管芯安裝不干涉的情況下盡量使 散熱器芯部面積 RF 取得最小值。 設(shè)計程序 設(shè)計程序如下： Qw=150870。 i=(Vw*)。 Re1=Vw*。 Re2=va*。 KR=1/(1/ha+1/+1/hw)。 i0=F0/S。t322 break end end 處理結(jié)果 通過多次循環(huán)，在多組數(shù)據(jù)中選了一組最可行的數(shù)據(jù)。 實際散熱管芯數(shù) ???? SFi 實際散熱表面積 )( 20 miSF s ????? 傳熱系數(shù)校核 翅片效率 由于本次設(shè)計中采用的散熱翅片是由純銅制成，其厚度極薄，僅為 厚度，相對于翅片的高度和沿氣流方向長度來說要小許多，而且銅C15710 的 導(dǎo) 熱系數(shù)大，所以完全可以忽略翅片兩端面的散熱量；故翅片效 率為： ? ?mHmHf emHe 221 1? ??? （ 322） 式中 m—— 結(jié)構(gòu)系數(shù)， 在散熱器的實際結(jié)構(gòu)設(shè)計中，如果忽略氣體側(cè)很小的污垢系數(shù)時， m可由下式計算求得： 3 ??????? ??? ahm H—— 翅片高度，查表得 H=6mm； 式中 ? —— 翅片導(dǎo)熱系數(shù)， 由參考文獻查得 ? ?kmw ?? /398? ； ah —— 空氣側(cè)對流換熱系數(shù)， 從整理后的數(shù)據(jù)查? ?kmwha ?? 2/ 。當流體介質(zhì)流經(jīng)物體表面時，會由于這種黏性而產(chǎn)生較大摩擦阻力，此為由于流速，也會產(chǎn)生壓差阻力，這些阻力都會消耗流體的一部分能量，所以為了設(shè)計結(jié)果的可行性和準確性，需對其進行阻力計算。 沿程阻力損失 在強制循環(huán)冷卻系統(tǒng)中，水在管中的運動屬于受迫運動，又有水的雷諾數(shù) 202112074Re 1 ?? ，處于紊流區(qū)，所以冷卻水在管中流動時，出了克服粘性阻力，還存在流體內(nèi)部質(zhì)點相互碰撞造成的慣性阻力。 散熱管芯 散熱管芯由兩部分組成：散熱管和散熱帶。 主板 主板 主要功能 安裝 散熱管，還有就是連接固定水室、擋風板和引風板。具體結(jié)構(gòu) 見零件圖 SRQ003。 由于散熱器芯部尺寸為 86 753mm，為了零部件相互之間不干涉， 取水室 腔部底面尺寸為 100 803mm， 則水室高度 ? ?mmH 63 ???? ?? ?? 水室結(jié)構(gòu) 水室用鋁合金 3004 鑄造 而成， 上水室有進水管和 空氣閥連接孔，為了加工方便，將它們置于頂部同一中心線上 。擋板用鑄鋁合金 3004 鑄造而成，形狀呈槽型， 板厚 10mm， 整體關(guān)于中心 對稱， 其尺寸根據(jù)散熱管長度和主板寬度確定， 固定端板側(cè)為連續(xù)圓弧狀，為了減輕重量，美化外形，節(jié)省材料； 具體結(jié)構(gòu)尺寸見零件圖 SRQ007。 設(shè)計中，在保證排氣順暢的情況下，選擇市場價格最低的排氣閥來確 定孔徑的大小。散熱器整體高度 1108mm，寬 180mm，長 903mm，所 有 外部圓角半徑均為 5mm，所有棱邊全部打磨 光潔 。 由于 引風板和 水室 較薄，適合沖孔，這樣可以提高工作效率 ，其余 零部件較厚無法將孔直接沖出，故其它 所有 零部件的 孔均采用鉆孔工藝。可以先 裝配好主板、水室和側(cè)面擋風板，讓后插入散熱管芯，最后裝入引風板。 但由于結(jié)構(gòu)限制，本設(shè)計產(chǎn)品一般采用肥皂泡法。 也可側(cè)立放置，但不得堆疊。此為如果當某根管壞掉，現(xiàn)場又沒有其他同型號水管時，可將上下主板上的孔拿碎布堵死，當有了新的管再換上。 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計說明書 28 第六章 總結(jié) 設(shè)計成果 ① 成功設(shè)計了 200KW 移動式發(fā)電機組的管芯式散熱器， 熱工計算部分， 為了得到較滿意的結(jié)果我 反復(fù)修正所選數(shù)據(jù)，并用軟件優(yōu)化得到了一組準確而滿意的數(shù)據(jù)， 為今后管芯式散熱器設(shè)計提供了可靠數(shù)據(jù)。 設(shè)計中存在的問題 ① 由于目前還少有管芯式散熱器的研究，所以設(shè)計中所用公式和經(jīng)驗數(shù)據(jù)均是依據(jù) 文獻 和管帶式散熱器而來的，可能存在數(shù)據(jù)誤差，但不至于影響設(shè)計產(chǎn)品使用性能。 今后發(fā)展方向 ① 管芯式散熱器設(shè)計中，缺乏有力的理論依據(jù)，今后應(yīng)在管芯式散熱器傳熱和阻力方面多做研究。設(shè)計讓我懂得了如何用運所學(xué)知識，讓我感受到了四年的大學(xué)沒有白學(xué)，我可以輕松的去運用我所學(xué)知識；設(shè)計對我也是一種歷練，以后遇到設(shè)計我也不再束手無策，感謝老師，感恩學(xué)校，感激國家，讓我變成一個能自食其力的人，讓我可以無悔大學(xué)生活，讓我無愧于良心。在這里我向所有給我?guī)椭娜苏\心的說一聲：“謝謝”！