一种整车环境散热器性能检测方法及模型

王臻华

一种整车环境散热器性能检测方法及模型

王臻华

（安徽江淮汽车集团股份有限公司技术中心，安徽 合肥 230601）

汽车散热器是汽车冷却系统的重要组成部分，使其内部的冷却液和通过其表面的空气进行热交换来降低冷却液温度，防止发动机过热而损坏，文章主要在整车环境条件下研究散热器在不同转速和不同迎面风速时的散热能力大小，并构建冷却液流量、散热器表面风速场及散热器散热系数的整车散热器散热模型。

汽车散热器；整车散热器散热模型

1 引言

汽车散热器散热性能主要指发动机大循环通过散热器向其周围空气传递热量的能力，汽车散热器也是整车冷却系统的重要组成部分[1]。但是现有的散热器散热性能测试主要针对散热器本身进行研究，而并未考虑散热器处于整车环境中的散热能力。当散热器处于整车环境中时，空气阻力、冷却液阻力等因素对散热器的散热性能均有较大的影响[2]，因此本文在整车环境条件下测试散热器散热性能，构建包含冷却液流量、散热器表面风速场及散热器散热系数的散热模型。

2 设备名称

底盘测功机、环境仓、电磁式流量传感器，风速传感器、热电偶温度传感器。

3 模型建立与测试方法

3.1 模型建立

（1）构建汽车节温器全开时冷却液流量VL与发动机转速n的关系：

VL=ƒ（n） （1）

节温器半开时采用插值法，式中：

VL—散热器的冷却液流量，L/min；

n—发动机转速，r/min。

（2）构建散热器表面风速VW与车速VV的关系：

VW=ƒ（VV） （2）

汽车冷却风扇有不同的形式，本文以电阻调节风扇为例进行建模，电阻调节风扇一般分为高速和低速两挡。

式中：

VW—散热器表面风速，m/s；

VV—车辆迎面风速，km/h。

（3）构建散热器散热系数KR模型，并建立散热器系数MAP图：

散热器散热公式：

QR=KR（TR-in-Te）SR（3）

式中：

QR—散热器散失的热量，kJ；

KR—散热器散热系数，kJ/（min·℃*m2）；

TR-in—散热器进口冷却液温度，℃；

Te—散热器前环境温度，℃；

SR—散热器前截面积，m2。

根据公式（3）可以获得散热器散热系数：

式中：

KR—散热器散热系数，kJ/（min·℃*m2）；

TR-in—散热器进口冷却液温度，℃；

TR-out—散热器出口冷却液温度，℃；

Te—散热器前环境温度，℃；

SR—散热器前截面积，m2；

CL—冷却液比热容，J/（kg·℃）；

VL—散热器的冷却液质量流量，L/min。

基于插值法，根据冷却液流量和散热器表面风速可以得到散热器散热系数MAP图。

3.2 检测方法

（1）冷却液流量测试：测量发动机节温器全开状态下的散热器流量，测量从1000r/min起，以500r/min为间隔，直至最高转速，并对数据结果进行拟合计算。

图1 散热器冷却液流量测试示意图

（2）散热器表面风速测试：电阻调节风扇一般有不转、低速转、高速转三种状态。以高速转为例，控制车辆ECU程序或者短接车辆风扇高速继电器，强制风扇处于高速工作状态，车辆在转毂以怠速、30km/h、60km/h、90km/h、120km/h、140km/h进行稳速行驶，分别测量每一个车速点时散热器表面风速分布，风扇低速转与风扇不转也按照上述方法进行测量，绘制每一个状态下散热器表面风速速车速变化的曲线图，并拟合。

图2 散热器表面风速测试示意图

（3）散热器散热系数：车辆以恒定的发动机转速进行行驶，行驶车速分别为20km/h、40km/h、60km/h、80km/h、100km/h，测试过程中记录风扇状态，或者强制风扇处于某一个档位不变，发动机冷却液温度能够使得节温器完全开启，记录，发动机转速，车速、散热器进出口冷却液温度、散热器前环境温度等参数。按照上述方法，测试不同转速下的个参数，并记录。计算散热器散热系数，构建散热器散热系数KR模型。

4 试验分析

以某公司某款手动挡车型为例，按照检测方法分别进行测试。

4.1 散热器冷却液流量

根据试验结果经拟合得出：VL=ƒ（n）=0.026· n-4.4634。

表1 散热器冷却液流量统计表

4.2 散热器表面风速

根据试验结果经拟合得出：

W=ƒ（V）= ƒ0·V3+ ƒ1·V2+ ƒ2·V+ ƒ3。

表2 不同风扇转速统计值表

表3 散热器表面风速统计表

图4 散热器表面风速随车辆迎面风速变化曲线图

4.3 散热器散热系数

将风扇工作模式固定，以高速转为例，结合散热器冷却液流量以及散热器表面风速得出散热器散热系数结果：

表4 散热器散热系数

由此，我们也可以获得风扇低速转和不转这两种状态下的散热器散热系数，从而绘制散热器散热系数随冷却液流量以及散热器表面风速变化的MAP图。散热散热系数可以根据MAP图通过差值法获得。

5 结论

本文通过试验和建模对散热器散热系数进行计算，得出散热器散热系数的MAP图，运用散热器散热系数可以在汽车整车能量流分析中很便捷计算出散热器散失能量占比，也可以在整车热平衡试验中直观地计算出散热器散热能力的余度。这一次分析研究为一次初步探索，后期还可以进行不同发动机发热量或不同环境温度下散热器散热系数有何差异，也可以研究匹配不同材质散热器或不同冷却风扇对散热器散热系数的影响程度等[3]。

[1] 张文春.汽车理论[M].北京:机械工业出版社,2010.

[2]刘佳鑫.工程机械散热模块传热性能研究[D].长春:吉林大学,2013.

[3] 庄骏,张红.热管技术及其工程应用[M].北京:化学工业出版社, 2000.

A radiator performance detection method and model in vehicle environment

Wang Zhenhua

（JAC Technology Center, Anhui Hefei 230601）

Automobile radiator is an important part of the car’s cooling system, heat exchange between the coolant inside and the air passing through its surface reduces coolant temperature and prevents engine overheating and damage. and build the vehicle radiator heat dissipation model of the coolant flow rate, the surface wind velocity field of the radiator and the heat dissipation coefficient of the radiator.

Automobile radiator; The vehicle radiator heat dissipation model

10.16638/j.cnki.1671-7988.2021.07.034

U464.138+.2

A

1671-7988(2021)07-104-03

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1671-7988(2021)07-104-03

王臻华，就职于安徽江淮汽车集团股份有限公司技术中心。