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装载机两种冷却系统热特性对比分析及优化研究

发布时间:2020-06-10 23:43
【摘要】:装载机作为最常用的工程机械之一,在工程施工中发挥着重要的作用,随着技术不断的进步及工程的需要,同时受到国家节能减排和日趋严格的排放标准影响,装载机冷却系统面临着能耗高,冷却能力不足等问题,如何设计出阻力特性小,换热能力强的散热器结构及具有高效冷却性能的冷却系统成为了研究人员们关注的重点。本文以一种装载机新型双循环冷却系统为研究对象,以某50型装载机原冷却系统作为对比分析对象,根据强化传热理论,基于数值模拟技术对两种冷却系统散热特性进行研究,结合装载机整车冷却系统试验,验证数值分析方法的可行性与准确性。本文针对装载机冷却系统主要进行了以下主要研究工作:(1)本文对两种冷却系统进行对比分析,冷却系统内各散热器均采用板翅式结构,根据传热学相关理论,对板翅式散热器流道内翅片传热机理进行了阐述。以两种冷却系统内发动机空冷及水冷中冷器内部的锯齿和波纹型翅片为例,对两种中冷器翅片进行单元体仿真分析,并对两种中冷器冷侧翅片单元体内部的温度场、压力场和速度场进行了具体的分析讨论,根据冷热侧翅片仿真结果拟合出翅片压降随流速的变化曲线,从而求解得到了多孔介质模型的多孔介质参数。针对锯齿和波纹型翅片的主要结构参数进行了研究,分析不同结构参数下锯齿和波纹型翅片的传热特性和阻力特性的变化。(2)运用多孔介质模型对两种冷却系统中发动机中冷器整体模型进行仿真,分别对两种中冷器内部热特性与阻力特性分布状态进行分析。为了分析增压空气在冷却回路内的压力变化,对增压空气全程压力损失计算公式进行了推导,分析了不同发动机转速下两种中冷器内增压空气全程压力损失大小,并给出了发动机最大转速下,增压空气全程各部位压降情况。经计算,在发动机最大转速下,水冷中冷器增压空气全程压力损失比空冷中冷器减少了4.78kPa。通过对增压空气在回路内流动状态的分析,推导出增压空气在冷却回路内流动所需时间计算公式,并对比分析了增压空气在回路内的流程迟滞效应。对水冷中冷器进行优化设计,分别对水冷中冷器冷侧流道流动形式和中冷器芯体结构尺寸进行优化分析,优化后的水冷中冷器冷侧压力损失降低了33.01%,热侧压力损失降低了55.71%。(3)根据装载机整车结构,建立原冷却系统和双循环冷却系统整车动力舱模型,对两种冷却系统在动力舱内的温度场、压力场及速度场特性进行了对比研究。通过分析发现,双循环冷却系统散热器迎风面上温度及压力分布更均匀,散热能力更强,散热器组总阻力更小,动力舱内风道流速也更大。为进一步改善冷却系统的冷却效果,对双循环冷却系统动力舱隔断进行分析,并根据动力舱进气孔可开孔区域的进气速度分布情况对动力舱进气孔进行设计,结果表明采用隔断处理后,双循环冷却系统总散热能力提升了11.12%。(4)对装载机两种冷却系统场地试验进行了介绍,并给出了热平衡时各散热器的试验数据。通过对冷却系统性能进行分析可发现,相比于原冷却系统,双循序冷却系统散热能力更强,在满足相同的散热条件下,双循环冷却系统所需功耗更小,相比原冷却系统,双循环冷却系统效率提升了16.16%。
【图文】:

散热器,冷却系统,总成


第 1 章 绪论,液压系统的液压油散热器及传动系统的传动油散热器等,由风扇推动冷空散热器,从而将各热源热量带走。但因为装载机行驶速度低、发动机功率大高温天气常常出现冷却系统冷却能力不足的现象,影响车辆的可靠性及寿命相关技术及科研成果的不断发展,各大主机厂家纷纷投入到对冷却系统的研高系统的冷却性能,降低系统功耗。目前,不同厂家装载机的散热器总成布所不同,主流的冷却形式依然为机械式驱动风扇推动冷却空气冷却散热器总器总成中的各散热器可布置为串联、并联或串并联等形式,但由于动力舱内,通常为了达到良好的散热效果,多采用串并联的型式进行布置。

示意图,散热器,总成,冷却回路


(a)布置形式示意图 (b)实物图图 1.2 双循环冷却系统高低温散热器总成布置形式的研究对象为一种新型双循环冷却系统,通过与原冷却系统进行对冷却系统冷却性能的优劣。如图 1.2 所示,为双循环冷却系统高低形式,该冷却系统采用的冷却形式与原冷却系统有所不同,新型冷循环回路组成,其中发动机水冷散热器依旧采用的是空冷形式,,用为高温散热器,放置在第二排,其整条冷却回路被称为高温循环冷中的中冷器、传动油和液压油散热器均采用水冷形式,由同一冷却器进行冷却,最后流经低温散热器将热量散失掉,低温散热器为空一排,而该冷却回路被称为低温循环冷却回路。低温与高温散热器却风扇前进行冷却,而水冷中冷器、液压油散热器、传动油散热器以在装载机动力舱内较灵活的布置。
【学位授予单位】:吉林大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2018
【分类号】:TH243

【参考文献】

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本文编号:2707043

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