【正文】 干扁平形或圓形的冷卻管構(gòu)成，散熱片套在冷卻管周圍用來增大散熱面積和增加整個(gè)散熱器的剛度與強(qiáng)度。 （ 2） 管帶式。這 種管帶式散熱器的特點(diǎn)是散熱能力強(qiáng)，制造工藝簡單，重量輕，成本低，但剛度和強(qiáng)度較差，一般用于載重汽車 等 。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。散熱管芯 有序地排列在一起構(gòu)成了散熱器的主體。 散熱器功能 在 內(nèi)燃機(jī) 冷卻系中，機(jī)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)電機(jī)組工作時(shí)，其氣缸內(nèi)燃燒氣體的溫度可高達(dá) K2800~2200 ， 而燃燒放出的熱量只有約三分之一轉(zhuǎn)化成了有用功，其余的熱量一部分隨廢氣排出，還有約三分之一的熱量傳遞給了機(jī)體的零部件。發(fā)動(dòng)機(jī)組的冷卻要適度，若冷卻不足，會導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)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(gè)發(fā)電機(jī)組工作效率下降；此外，由于零部件受熱膨脹，會讓運(yùn)動(dòng)部件間正常的間隙遭到破壞，使機(jī)器不能正常運(yùn)轉(zhuǎn)，甚至卡死；零件也因過熱使其力學(xué)性能下降進(jìn)而導(dǎo)致變形甚至破壞；而且由于機(jī)體內(nèi)溫度過高，會使?jié)櫥驼扯认陆?，從而致使零部件表面形成的潤滑油油膜破裂進(jìn)而加劇零部件的磨損。 國內(nèi)外發(fā)展概況 散熱器誕生 以來 ， 有 很長一段時(shí)間散熱器一直停留在管片式結(jié)構(gòu)上。就在上世紀(jì)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。此后，日本又成功研發(fā)了一款超輕型單列水管式散熱器，它具有重量輕、體積小、換熱系數(shù)高等顯著優(yōu)點(diǎn)。 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(jì) 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。當(dāng)前汽車行業(yè)的發(fā)展趨勢是輕型、節(jié)能、環(huán)保、安全、可靠、高速、壽命長、美觀和舒適， 做到了輕型才能節(jié)能和環(huán)保，而高速就要提高發(fā)動(dòng)機(jī)的額定功率，必然也會使熱負(fù)荷增加，這就需要冷卻系統(tǒng)在同一時(shí)間段提供更多的冷卻量，從而迫使散熱器重量輕、散熱效率高、使用壽命長和較高的工作可靠性。 設(shè)計(jì)的目的 及 意義 隨著我國經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，目前的散熱器性能已經(jīng)不能滿足各個(gè)領(lǐng)域的需求，本課題主要研究如何在保證發(fā)電機(jī)組正常工作時(shí)散熱器有足夠的換熱量并降低換熱流體的流動(dòng)阻力進(jìn)而降低內(nèi)燃機(jī)功耗。 隨著大型礦山的建設(shè)開發(fā)，移動(dòng)機(jī)組的使用日益增多，為了改進(jìn)目前 散熱器不便維修的結(jié)構(gòu)缺點(diǎn)，目前研制發(fā)展了一種新型散熱器 管芯式散熱器，這種散熱器不僅具有管帶式散熱器的優(yōu)點(diǎn)，而且彌補(bǔ)了管片式散熱器的不足，具有較強(qiáng)的剛度和較佳的維修性能。 任務(wù) 根據(jù)實(shí)際需求，為 200KW 發(fā)電機(jī)組設(shè)計(jì)管芯式散熱器，主要有 熱工計(jì)算、結(jié)構(gòu) 設(shè)計(jì) 、 加工圖紙，說明書盡可能 詳細(xì)，最終可以直接用于設(shè)計(jì)產(chǎn)品的加工。此外， 由于散熱器內(nèi)長期循環(huán)流動(dòng)著冷卻液，故對散熱器有較強(qiáng)的腐蝕作用。 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。 散熱器型式選擇 由于移動(dòng)式發(fā)電機(jī)組大多在惡劣的環(huán)境條件下工作，且為了較高的經(jīng)濟(jì)效益，理想的散熱器應(yīng)具有尺寸小，重量輕，加工工藝簡單，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度好，散熱性能佳，使用壽命長等優(yōu)點(diǎn) 。 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 6 第三章 散熱器設(shè)計(jì)計(jì)算 原始參數(shù)計(jì)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(jì)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(jī)~?A ，對于汽油機(jī) ~?A ，此移動(dòng)式發(fā)電機(jī)組用柴油機(jī)發(fā)電，故 A 選取 ； eg —— 內(nèi)燃機(jī)燃料消耗率 (kg/kw? h),在額定工況下， 由設(shè)計(jì)任務(wù)書給定 kg/kw? h； eN —— 柴油機(jī)額定功率（ kw） ,由設(shè)計(jì)任務(wù)書 給出 eN =235kw。 代入公式得 )/( skjQ w ????? 冷卻水循環(huán)量 根據(jù)冷卻系統(tǒng)中的熱量來確定冷卻水循環(huán)量 wV )/( 3 smct QV ww ???? ? （ 32） 式中 wt? —— 內(nèi)燃機(jī)中冷卻水循環(huán)時(shí)的允許溫升，對于強(qiáng)制循環(huán)冷卻系統(tǒng)，可取 Ctw ?12~6?? ,本設(shè)計(jì)選取 C?10 ； w? —— 水的比重，取近似值 w? =1000kg/m3 ； wc —— 水的比熱容，取近似值 wc =(kg? k)。一般說，散熱器的散熱量等于冷卻系統(tǒng)的散熱量 wQ 。 計(jì)算得 )/( 3 smV a ???? 散熱器結(jié)構(gòu)計(jì)算 散熱器正面積 根據(jù)冷卻空氣需要量 aV 計(jì)算散熱器芯部的正面積： )( 2mvVFaaR ? （ 34） 式中 a? —— 空氣流速，一般選取 smva /12~8? ，本設(shè)計(jì)產(chǎn)品為 移動(dòng)式發(fā)電機(jī)組，取 smva /11? 。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(yàn)公式計(jì)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(jì)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(jì)中選取 ? ?smvw /? 。 單根散熱管芯部的橫截面積 ?f 單根散熱管的截面形狀如圖 31 所示：根據(jù) 知 扁管的高度是 ， 寬度為 18mm，壁厚 ；可得每 根水管的橫斷面積： ? ? ? ? ? ? ? ?2520 mf ?????????? ? (37) 把 0f 代入（ 36）式得 ? ? 5 ???? ?i 傳熱系數(shù) 水側(cè) 換熱系數(shù) 取冷卻水平均溫度 CTw ?90?? ，查 附表 1得 散熱水管當(dāng)量直徑為； 查附表 4 得 ? ?smv / 261 ??? ， ? ?sma / 281 ??? ； 將 數(shù)據(jù)代入下式得： 水側(cè)雷諾數(shù) 6 3111 ?? ????? ? ?v lu (38) 水側(cè)普蘭特?cái)?shù) 8 6111 ????? ??av (39) 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 9 對于三排管管道內(nèi)的強(qiáng)制對流傳熱，水側(cè)的努契兒準(zhǔn)則數(shù) 由參考文獻(xiàn)中 經(jīng)驗(yàn)公式 得 ： ? ? )( 2 0 7 ?????Nu (310) 由?dhNu w ??1可得水側(cè) 換熱系數(shù) ： ? ?)/( 23 21 kmwdNuh w ??? ????? ? ?? (311) 式中 ? —— 水的熱物性參數(shù)，查附表 4 得 ? ?kmw ??? ? / 2? ； d —— 水管當(dāng)量直徑，查附表 1得 mmd ? 。 由參考文獻(xiàn)得翅片當(dāng)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 ? 。 散熱器傳熱系數(shù) 由公式 waRhhK 11 1????? (316) 式中 ah —— 空氣側(cè)換熱系數(shù)， 由式（ 315）知 ? ?kmwha ?? 2/ ； ? —— 散熱管壁厚，由附表一查得 ?? ； ? —— 銅 C15710 的導(dǎo)熱系數(shù)，查參考文獻(xiàn)得 ? ?kmw ?? 2/398? ； wh —— 水側(cè)換熱系數(shù)，由式（ 311）知 ? ?kmwh w ?? 2/ 。 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。 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 12 單元體數(shù)目 n 為了方便計(jì)算，我把翅片兩個(gè)波谷點(diǎn)之間的一段設(shè)為一個(gè)單元體，那么一條翅片所含有的單元體數(shù)目為： ? ? 3 ????? ?lhn （ 319） 式中 h —— 散熱器芯部高度，由式 35 知 mh ? ； l —— 一個(gè)單元體的波長， Wl 2? ； 式中 W —— 翅片間距，由附表 1 得知 mmW ? 。 在設(shè)計(jì)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(jìn)出口溫度差、空氣側(cè)流速、空氣側(cè)進(jìn)出口溫度差、儲備系數(shù)等，在此次設(shè)計(jì)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(dāng)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(shí)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(gè)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(biāo)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。 1984 年， MATLAB 誕生于 MathWorks 公司，當(dāng)時(shí)主要用于矩陣運(yùn)算， 后 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 14 來隨著科技的發(fā)展進(jìn)步， MATLAB 已廣泛應(yīng)用于 數(shù)字信號處理、科學(xué)可視化和系統(tǒng)仿真等方面。 設(shè)計(jì)程序 設(shè)計(jì)程序如下： Qw=150870。 Cv=1047。 i=(Vw*)。 FR=Va/va。 Re1=Vw*。 Nu1=*(Re1^)*(Pr1^)。 Re2=va*。 Nu2=*(Re2^)*(Pr2^)。 KR=1/(1/ha+1/+1/hw)。 F0=b*F。 i0=F0/S。 t3=ceil(3000*h/t2)。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)。 計(jì)算機(jī)處理結(jié)果 通過多次修改程序 后循環(huán)運(yùn)行下 ，最終得到了如下較為滿意的結(jié)果： 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 16 內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 17 整理數(shù)據(jù) (1) 冷卻系統(tǒng)散出的熱量 )/( skjQ w ? (2) 冷卻水循環(huán)量 ? ?smV w / 3? (3) 冷卻空氣需要量 )/( 3 smVa ? (4) 水側(cè)雷諾數(shù) 12074Re1 ? (5) 水側(cè) 換熱系數(shù) ? ?)/( 2 kmwh w ?? (6) 空氣側(cè)的雷諾數(shù) ? (7) 空氣側(cè) 換熱系數(shù) ? ?kmwha ?? 2/ (8) 散熱器傳熱系數(shù) ? ?kmwK R ?? 2/ (9) 估算 散熱器表面積 )( 2mF ? (10)設(shè)計(jì)散熱器表面積 )( 20 mF ? (11)單根散熱管芯表面積 )( 2mS ? (12)估算散熱管數(shù) 102?i (13)實(shí)際散熱管數(shù) 1020 ?i (14)實(shí)際散熱器表面積 )( 2mFs ? (15)空氣流速 smva /12? (16)水流速度 wv =(m/s) (17)儲備系數(shù) ?? (18)