一種汽車冷卻模塊組合試驗裝置及方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種汽車冷卻模塊組合試驗裝置及方法，包括一個軸線水平設置的連續(xù)吸氣式風洞，所述風洞由兩端小中間大的兩個錐形筒狀通過過渡段對接而成，在過渡段按裝車狀態(tài)由左至右依次裝配有散熱器和中冷器；所述散熱器分別設置有進水管和出水管；所述中冷器設置有進氣管和出氣管；在進出水管和進出氣管上分別設置溫度傳感器和壓力傳感器。可以單獨進行散熱器或中冷器的性能試驗，也可以同時進行散熱器和中冷器的性能試驗。
【專利說明】_種汽車冷卻模塊組合試驗裝置及方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種主要應用于汽車冷卻模塊組合試驗裝置及方法。
【背景技術】
[0002]目前汽車散熱器中華人民共和國第一機械工業(yè)部部標準《汽車、拖拉機散熱器風筒試驗方法《JB/T 2293-1978》》、《中冷器中國兵器工業(yè)總公司部標準-裝甲車輛柴油機中冷器規(guī)范《WJ 2429-1997》》所涉及的散熱器、中冷器性能試驗都是獨立的。目前沒有將散熱器和中冷器這些冷卻模塊組合試驗的裝置和方法。
【發(fā)明內容】
[0003]針對上述技術問題，本發(fā)明的目的是提供一種汽車冷卻模塊組合試驗裝置及方法，可以單獨進行散熱器或中冷器的性能試驗，也可以同時進行散熱器和中冷器的性能試驗。
[0004]為解決上述技術問題，本發(fā)明提供的技術方案為:
[0005]一種汽車冷卻模塊組合試驗裝置，其特征在于:包括一個軸線水平設置的連續(xù)吸氣式風洞，所述風洞由兩端小中間大的兩個錐形筒狀通過過渡段對接而成，在過渡段按裝車狀態(tài)由左至右依次裝配有散熱器和中冷器；所述散熱器分別設置有進水管和出水管；所述中冷器設置有進氣管和出氣管；在進出水管和進出氣管上分別設置溫度傳感器和壓力傳感器；風洞上設置風速傳感器。
[0006]按上述技術方案，散熱器的進水管和出水管沿著散熱器進出水口所在位置分布；中冷器的進氣管和出氣管沿著中冷器進出氣口所在位置分布且與散熱器進出水管間隔設置。
[0007]按上述技術方案，所述的溫度傳感器及壓力傳感器靠近散熱器和中冷器的進出
□ ο
[0008]一種采用上述汽車冷卻模塊組合試驗裝置的試驗方法，其特征在于包括如下步驟:
[0009](1)首先按組合試驗的工況要求進行對散熱器和中冷器分別進行單體的風洞試驗，分別測試各單體的標準放熱量；
[0010]其中，散熱器需要預先設定兩端液氣溫差、水流量的最大功率點、最大扭矩點、中間點，以及5個風速流量點；中冷器需要預先設置兩端的氣氣溫差，流量和壓力的最大功率點、最大扭矩點，以及5個風速流量點；然后分別根據各自的標準放熱量計算公式求得各自在預設情況下的標準值；
[0011]中冷器標準放熱量獲取過程如下:
[0012]熱側空氣流量Gah(kg/s) = V^X Ρ Λ；
[0013]式中:Vah:熱側空氣體積流量(m3/s)；
[0014]ΡΛ:熱側空氣密度(kg/m3)；_5]熱側空氣放熱量:ΦΛ(?) = GahXCpahX (talh-ta2h);
[0016]式中:Cpah熱側空氣的定壓比熱容(J/kg.°C )；
[0017]talh:熱側空氣進口溫度(°C )；
[0018]ta2h:熱側空氣出口溫度(°C )；
[0019]冷側空氣流量Gac;(kg/h) = 3600 XAfX P ac;X Va。;其中各參數表示如下:
[0020]Af:風洞試驗臺風筒1在過渡帶的橫截面積(m2);
[0021]Pa。:冷側空氣密度(kg/m3)；
[0022]Vac:冷側空氣體積流量(m3/s);
[0023]冷側空氣吸熱量?ac(w) = GacXCpacX (ta2mc-talc) = 3600XAfX P acXVacXCpacX (
f _t).La2mc Lalc/ ?
[0024]式中:Cpa。:冷側空氣的定壓比熱容(J/kg.°C )；
[0025]ta2fflC:冷側空氣進口溫度(°C );
[0026]talc:冷側空氣出口溫度(V );
[0027]中冷器標準放熱量Φ = (Oah+Oj/2 ；
[0028]散熱器標準放熱量計算原理如下:
[0029]熱水流量Gw(kg/h) = VWX Pw；
[0030]水側散熱量Qw(kw) = GwXCpwX (twl-tw2)；
[0031 ]散熱器標準散熱量 Qn (kw) = 60 X Qw/ (twl-tal)
[0032]= 60XGwXCpwX (twl_tw2)/(twl_tal)
[0033]=60XVwXpwXCpwX (twl_tw2)/(twl_tal);
[0034]式中:Cpw---水的定壓比熱容(kw/kg.°C )；
[0035]Cpw= 4.195kw/kg.°C ；
[0036]twl:散熱器進水溫度(°C );
[0037]tw2:散熱器出水溫度(°C );
[0038]Vw:熱水流量(L/min)；
[0039]Pw:熱水密度(kg/L)。
[0040](2)然后對中冷器和散熱器的組合進行組合試驗，組合試驗時，總放熱量W3為散熱器標準散熱量和中冷器標準放熱量之和，也即W3 =中冷器標準放熱量Φ +散熱器標準散熱量Qn;總熱平衡誤差:W3_? ac;/W3，其中，。為中冷器冷側空氣吸熱量。
[0041]按上述技術方案:組合試驗的散熱器兩端液氣溫差和中冷器兩端氣氣溫
[0042]差需要分別設定，并設置5個個風速流量點；
[0043]中冷器熱側試驗點為最大功率點、最大扭矩點；控制中冷器流量、進口溫度和進口壓力；
[0044]散熱器最多試驗3個試驗點:分別為最大功率點、最大扭矩點、中間點；
[0045]控制散熱器進口溫度、水流量；
[0046]按規(guī)定的試驗點參數，調整進水或進氣溫度、等待進氣或熱側的溫度、壓力、流量滿足工況要求后，依次按冷卻或冷側風量的要求進行風速的調整；
[0047]當參數達到試驗要求所規(guī)定的目標值，也即要求進水或氣溫度與規(guī)定的目標值±1°C，水或氣流量與規(guī)定的目標值±5%，待冷卻模塊試驗各個測試參數如氣體壓力、水流量、風量等參數穩(wěn)定后，要求水或氣進口溫度每分鐘變化率不大于0.2°c，計算機進行各溫度、壓力、流量參數數據采集60秒，熱平衡誤差在5%范圍內，記錄相關試驗數據。
[0048]按上述技術方案，組合試驗時，由系統平衡判定條判定是否繼續(xù)進行風速和溫度計壓力調整；風系統、水系統和壓縮空氣系統的系統平衡判定條件分別如下:
[0049]風系統:
[0050]風速保持穩(wěn)定狀態(tài)，其風速在測試要求精度內波動控制精度:±0.2m/s ;
[0051]水系統:
[0052]水系統保持穩(wěn)定狀態(tài)，其水流量、進口溫度在測試要求的精度內波動；
[0053]進口溫度:設定值±1°C ;
[0054]進口流量:設定值± 5 % ;
[0055]壓縮空氣系統:控制參數及精度:
[0056]進口溫度:設定值±1°C ;
[0057]壓縮空氣流量:設定值±5% ;
[0058]進口壓力:設定值±10% ;
[0059]最后進行熱平衡誤差值的獲取:
[0060]當風系統、水系統和壓縮空氣系統的系統平衡判定條件參數均滿足精度要求，認為系統達到熱平衡，然后進行熱平衡誤差判定；熱平衡誤差=±5%上述的條件均認為滿足，可以進行數據采集，每10秒為一次，采集5次，取5次均值記錄為熱平衡誤差值。
[0061 ] 上述技術方案中，5個風速流量點分別為2、4、6、8、lOm/s。
[0062]本風洞試驗系統集中冷器和散熱器性能試驗于一體，系統為連續(xù)吸氣式風洞，工況控制點的參數設置由用戶自行設定，試驗工況參數采集與控制既可由計算機自動執(zhí)行，也可手動控制進行試驗。本發(fā)明由于采取以上技術方案，將散熱器、中冷器按照裝車狀態(tài)安裝在風洞試驗臺上，充分模擬了真實的裝車環(huán)境，可以單獨進行散熱器或中冷器的性能試驗，比較單體試驗的散熱性能；也可以同時進行散熱器和中冷器的性能試驗，研宄上述兩個冷卻單元組合在一起時的散熱性能、風阻、結合整車試驗的有關參數進行驗證試驗。為目前的標準及裝置缺失提供了一種解決途徑。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0063]圖1為本汽車冷卻模塊組合試驗裝置的結構示意圖。
[0064]圖2為本汽車冷卻模塊組合試驗裝置的結構示意圖(圖1旋轉90度)。
[0065]圖3為圖1的左視圖。
【具體實施方式】
[0066]如圖1-3所示為根據本發(fā)明實施的汽車冷卻模塊組合試驗裝置，將中冷器3、散熱器2按照裝車狀態(tài)，長、寬以最大尺寸安裝在風洞1的過渡段上。按照要求接好進出氣管6和7、進出水管4和5，進出氣溫度傳感器6.1和7.1、進出水溫度傳感器4.1和5.1、進出風溫度傳感器(未表示出，設置在風洞上)，進出氣壓力傳感器6.2和7.2，進出水壓力傳感器4.2和5.2，以及進出風壓力傳感器和風速傳感器(未表示出，設置在風洞上)。
[0067](1)首先按組合試驗的工況要求進行對散熱器和中冷器分別進行單體的風洞試驗，分別測試各單體的標準放熱量；
[0068]散熱器:
[0069]液氣溫差:60°C ;
[0070]水流量點:3個(最大功率點、最大扭矩點、中間點);
[0071]風速:5個風速流量點[2，4，6，8，10M/S]；
[0072]中冷器:
[0073]氣氣溫差:120°C;
[0074]流量和壓力:2個(最大功率點、最大扭矩點);
[0075]風速:5個風速值[2，4，6，8，10M/S]
[0076]A.中冷器標準放熱量計算原理如下:
[0077]熱側空氣流量Gah(kg/s) = V^X ρ Λ；
[0078]式中:Vah:熱側空氣體積流量(m3/s)；
[0079]ΡΛ:熱側空氣密度(kg/m3)；
[0080]熱側空氣放熱量:ΦΛ(?)= GahXCpahX (talh-ta2h);
[0081]式中:Cpah熱側空氣的定壓比熱容(J/kg.°C )；
[0082]talh:熱側空氣進口溫度(V );
[0083]ta2h:熱側空氣出口溫度(V );
[0084]冷側空氣流量Ga。(kg/h) = 3600 XAfX P ac;X Va。;其中各參數表示如下:
[0085]Af:風洞試驗臺風筒1在過渡帶的橫截面積(m2);
[0086]Pa。:冷側空氣密度(kg/m3)；
[0087]Va。:冷側空氣體積流量(m3/s);
[0088]冷側空氣吸熱量Oac(w) = GacXCpacX (ta2mc_talc) = 3600XAfX P acXVacXCpacX (
t -t).^a2mc ^alc^ ?
[0089]式中:Cpa。:冷側空氣的定壓比熱容(J/kg.°C )；
[0090]ta2fflC:冷側空氣進口溫度(°C );
[0091]talc:冷側空氣出口溫度(°C );
[0092]中冷器標準放熱量Φ = (ΦΛ+Φ J/2 ；
[0093]Β.散熱器標準放熱量計算原理如下:
[0094]熱水流量Gw (kg/h) = VWX p w;
[0095]水側散熱量Qw(kw) = GwXCpwX (twl-tw2)；
[0096]散熱器標準散熱量Qn (kw) = 60 X Qw/ (twl_tal)
[0097]= 60XGwXCpwX (twl_tw2)/(twl_tal)
[0098]= 60 X Vw X P w X Cpw X (twl_tw2) / (twl_tal)；
[0099]式中:Cpw水的定壓比熱容(kw/kg.°C )；
[0100]Cpw= 4.195 kw/kg.°C ；
[0101]twl:散熱器進水溫度(°C );
[0102]tw2:散熱器出水溫度(°C );
[0103]Vw:熱水流量(L/min)；
[0104]Pw:熱水密度(kg/L);
[0105](2)然后對中冷器和散熱器的組合進行組合試驗，組合試驗時，總放熱量W3為散熱器標準散熱量和中冷器標準放熱量之和，也即W3 = ?+Qn;總熱平衡誤差:W3-? ac/W3 ;
[0106]試驗工況:
[0107]試驗溫度設定--液氣溫差:60°C ;氣氣溫差:120°C
[0108]5個風速流量點分別為[2 ；4 ；6 ；8 ；10M/S]；
[0109]中冷器熱側試驗點'2個點:最大功率點、最大扭矩點；中冷器控制參數:
[0110]流量、進口溫度和進口壓力；
[0111]散熱器最多3個試驗點:最大功率點、最大扭矩點、中間點；散熱器控制參數:進口溫度、水流量；
[0112]按規(guī)定的試驗點參數，調整進水或進氣(熱側)溫度、等待熱側的溫度、壓力、流量滿足工況要求后，依次按冷卻(冷側)風量的要求進行風速的調整；
[0113]在上述過程中，由系統平衡判定條判定是否繼續(xù)進行風速和溫度計壓力調整；風系統、水系統和壓縮空氣系統的系統平衡判定條件分別如下:
[0114]風系統:
[0115]風速保持穩(wěn)定狀態(tài)，其風速在測試要求精度內波動控制精度:±0.2m/s
[0116]水系統:
[0117]水系統保持穩(wěn)定狀態(tài)，其水流量、進口溫度在測試要求的精度內波動；
[0118]進口溫度:(設定值)±1°C ;
[0119]進口流量:(設定值)±1% ;
[0120]壓縮空氣系統:控制參數及精度:
[0121]進口溫度:(設定值)±1°C ;
[0122]壓縮空氣流量:(設定值)± 5 % ;
[0123]進口壓力:(設定值)±10% ;
[0124]最后進行熱平衡誤差值的獲取:
[0125]綜上，當風系統、水系統和壓縮空氣系統的系統平衡判定條件參數均滿足精度要求；同時，當參數達到試驗要求所規(guī)定的目標設定值(也即要求1.進水(氣)溫度與規(guī)定的目標值±1°C，2.水(氣)流量與規(guī)定的設定值±5%，待冷卻模塊試驗各個測試參數如氣體壓力、水流量、風量等參數穩(wěn)定后，3.要求水或氣進出口溫差每分鐘變化率小于0.2°C，4.熱平衡誤差在5%范圍內，5.風速規(guī)定值±0.2m/s;上述五種條件同時具備，計算機每五秒自動取值一次，采集5次，取5次均值。記錄相關試驗數據。
【權利要求】
1.一種汽車冷卻模塊組合試驗裝置，其特征在于:包括一個軸線水平設置的連續(xù)吸氣式風洞，所述風洞由兩端小中間大的兩個錐形筒狀通過過渡段對接而成，在過渡段按裝車狀態(tài)由左至右依次裝配有散熱器和中冷器；所述散熱器分別設置有進水管和出水管；所述中冷器設置有進氣管和出氣管；在進出水管和進出氣管上分別設置溫度傳感器和壓力傳感器；風洞上設置風速傳感器。
2.根據權利要求1所述的汽車冷卻模塊組合試驗裝置，其特征在于:散熱器的進水管和出水管沿著散熱器進出水口所在位置分布；中冷器的進氣管和出氣管沿著中冷器進出氣口所在位置分布且與散熱器進出水管間隔設置。
3.根據權利要求2所述的汽車冷卻模塊組合試驗裝置，其特征在于:所述的溫度傳感器及壓力傳感器均靠近散熱器和中冷器的進出口。
4.一種采用上述權利要求1-3之一所述汽車冷卻模塊組合試驗裝置的試驗方法，其特征在于包括如下步驟: (1)首先按組合試驗的工況要求進行對散熱器和中冷器分別進行單體的風洞試驗，分別測試各單體的標準放熱量； 其中，散熱器需要預先設定兩端液氣溫差、水流量的最大功率點、最大扭矩點、中間點，以及5個風速流量點；中冷器需要預先設置兩端的氣氣溫差，流量和壓力的最大功率點、最大扭矩點，以及5個風速流量點；然后分別根據各自的標準放熱量計算公式求得各自在預設情況下的標準值； 中冷器標準放熱量獲取過程如下: 熱側空氣流量G^kg/s) = VahX P ah; 式中:Vah:熱側空氣體積流量(m3/s)； Pah:熱側空氣密度(kg/m3)； 熱側空氣放熱量:ΦΛ(?) = 6λΧ0Ρ31?Χ (talh-ta2h)； 式中:Cpah熱側空氣的定壓比熱容(J/kg.V )； talh:熱側空氣進口溫度(V )； ta2h:熱側空氣出口溫度(°c ); 冷側空氣流量Gac;(kg/h) = 3600XAfX pac；xva。;其中各參數表示如下: Af:風洞試驗臺風筒1在過渡帶的橫截面積(m2); Pa。:冷側空氣密度(kg/m3)； Va。:冷側空氣體積流量(m3/s)；
冷側空氣吸熱量 Oac(w) = GacXCpacX (ta2mc-talc) = 3600 XAfX P acXVacXCpacX (ta2mc_talc)； 式中:Cpa。:冷側空氣的定壓比熱容(J/kg.°C )； ta2fflC:冷側空氣進口溫度(°C ); talc:冷側空氣出口溫度(°c ); 中冷器標準放熱量φ = (Φλ+Φ30)/2 ； 散熱器標準放熱量計算原理如下: 熱水流量 Gw(kg/h) = VWX p w； 水偵撒熱量 Qw(kw) = GWXCPWX (twl-tw2)； 散熱器標準散熱量Qn (kw) = 60 X Qw/ (twl-tal)
=60XGwXCpwX (twl-tw2)/(twl-tal)
=60XVWX PwXCpwX (twl-tw2)/(twl-tal)； 式中:Cpw---水的定壓比熱容(kw/kg.°C )；
Cpw= 4.195kw/kg.°C ；
twl:散熱器進水溫度(°C );
tw2:散熱器出水溫度(V )； Vw:熱水流量(L/min)； Pw:熱水密度(kg/L)； (2)然后對中冷器和散熱器的組合進行組合試驗，組合試驗時，總放熱量W3為散熱器標準散熱量和中冷器標準放熱量之和，也即W3 =中冷器標準放熱量Φ +散熱器標準散熱量Qn;總熱平衡誤差:W3_? ac;/W3，其中，。為中冷器冷側空氣吸熱量。
5.根據權利要求4所述的試驗方法，其特征在于:組合試驗的散熱器兩端液氣溫差和中冷器兩端氣氣溫差需要分別設定，并設置5個個風速流量點； 中冷器熱側試驗點為最大功率點、最大扭矩點；控制中冷器流量、進口溫度和進口壓力； 散熱器最多試驗3個試驗點:分別為最大功率點、最大扭矩點、中間點；控制散熱器進口溫度、水流量； 按規(guī)定的試驗點參數，調整進水或進氣溫度、等待進氣或熱側的溫度、壓力、流量滿足工況要求后，依次按冷卻或冷側風量的要求進行風速的調整； 當參數達到試驗要求所規(guī)定的目標設定值，也即要求進水或氣溫度與規(guī)定的設定值±1°C，水或氣流量與規(guī)定的設定值±5%，待冷卻模塊試驗各個測試參數如氣體壓力、水流量、風量等參數穩(wěn)定后，水或氣進口溫度每分鐘變化率不大于0.2°C，計算機進行各溫度、壓力、流量參數數據采集60秒，熱平衡誤差在5%范圍內，記錄相關試驗數據。
6.根據權利要求5所述的試驗方法，其特征在于:組合試驗時，由系統平衡判定條判定是否繼續(xù)進行風速和溫度計壓力調整；風系統、水系統和壓縮空氣系統的系統平衡判定條件分別如下: 風系統: 風速保持穩(wěn)定狀態(tài)，其風速在測試要求精度內波動控制精度:±0.2m/s ; 水系統: 水系統保持穩(wěn)定狀態(tài)，其水流量、進口溫度在測試要求的精度內波動； 進口溫度:設定值±1°C ; 進口流量:設定值±5% ; 壓縮空氣系統:控制參數及精度: 進口溫度:設定值±1°C ; 壓縮空氣流量:設定值±5% ; 進口壓力:設定值±10% ; 最后進行熱平衡誤差值的獲取: 當風系統、水系統和壓縮空氣系統的系統平衡判定條件參數均滿足精度要求，認為系統達到熱平衡，然后進行熱平衡誤差判定；熱平衡誤差S ±5%上述的條件均認為滿足，可以進行數據采集，每10秒為一次，采集5次，取5次均值記錄為熱平衡誤差值。
7.根據權利要求6所述的試驗方法，其特征在于:5個風速流量點分別為2、4、6、8、10m/so
【文檔編號】G01M17/007GK104458280SQ201410768352
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年12月12日 優(yōu)先權日:2014年12月12日
【發(fā)明者】汪國志, 龐軍, 鄭勁松, 岳琪 申請人:湖北雷迪特冷卻系統股份有限公司