也谈发动机散热系统设计

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发布时间:2017年6月17日

     原作者: 徐工研究院 张 宏

    读“阿拉伯长袍的奥秘”有感

    最近在《读者》2006第七期上读了一篇文章“阿拉伯长袍的奥秘”,使笔者颇有感悟,并由此联想到了工程机械产品设计。

    文中谈到,盛夏的沙漠地带温度高达40-50摄氏度,可当地居民穿着宽大的阿拉伯长袍在热浪灼人的沙漠上行走却显得气定神闲,若无其事。

    文中还做了对比试验,当游客穿着洁白的衬衣和短裤在沙漠上行走时,感到酷热难熬。而后换上阿拉伯长袍,竟有一种难以言表的凉爽和舒适感觉。宽大的长袍较之短衣服凉爽,说起来也许令人难以置信,但其间确实有着令人信服的科学道理。

    1、烟囱效应。阿拉伯长袍宽大,能遮住全身,外面的风吹到袍内,能迅速窜遍上下,将身体的湿气一扫而去;

    2、隔热。阿拉伯长袍能够阻挡日光对体表的直接照射,而灌满长袍的空气又起到良好的隔热作用,因而使人感到凉爽、舒适;

    3、创造适宜的微小气候。长袍的设计对创造袍内舒适的微小气候起着良好的调节作用,无论冬夏长袍内的空气温度始终保持在31~33摄氏度,相对湿度为40-60%。

    4、长袍的布料。制作长袍的布料选择那些吸温性和散发性都较好的织物,如麻、丝绸、棉织物等;

    5、长袍的色彩。大多选用清淡颜色,一般以白色、淡蓝、浅绿色为主,以尽量减少吸收热量。

    工程机械产品发动机散热系统热平衡问题一直是困扰我们的老大难问题,多年来得不到根本解决。笔者认为除了散热系统的正确匹配(比如游客应该是一位身体健康的人)外,而微小气候环境的创造(长袍的作用)也是至关重要的,是散热系统不可分割的一部分,否则不可能取得良好的效果。就好比穿着洁白的衬衣和短裤(更有甚者光着膀子)的游客在沙漠上行走时,会感到酷热难耐一样。下面就散热系统(非独立散热系统)设计理念谈谈自己的感想。

    1、“烟囱效应”非常重要。也就是散热系统中要有通风顺畅的风道设计,类似“长袍",形成“烟囱效应”。冷风能够通畅的吸入,热风能够顺利的排出,不形成涡流。

    发动机的风道设计是否合理,进、排风量是否够,直接影响散热效率,笔者注意到一些国外著名品牌产品在散热系统设计时,非常注重风道的设计,无论是吸风式还是吹风式,风道的设计都非常讲究,非常值得我们学习和借鉴。给笔者的直观印象就是国外产品发动机散热系统机罩“捂的很严实”,而散热效果却能满足在炎热酷暑下的使用要求。国内产品在这方面做的还存在差距,有的产品发动机散热系统没有考虑风道设计,到处进风随处出风,冷热风混杂,只是在发动机散热系统周围安装了简单的棚子,供遮风挡雨。有的甚至毫无遮掩,就好比赤裸着身子的游客在沙漠里太阳下暴晒。

    建议仔细研究和借鉴如卡特、小松、沃尔沃、宝马格、戴纳派克等产品的散热系统风道设计技术,不同类别和不同使用工况产品的风道设计技术各不相同,充分体现了不同机器面对不同的作业对象和作业环境所做的适应性对策,仔细的品味,想必从中一定会有收获。

2、冷热风隔绝作用非常明显。隔绝的目的一是保证吸入的空气为环境温度下的新鲜空气,二是防止热风回流再次吸入散热器。从散热器出来的热风有相当大的阻力,热风有可能从散热器的四周回流到风扇吸气侧,使冷却空气的温度升高,散热效率下降。隔绝的措施是对散热器四周和机罩内侧之间的间隙进行封堵,将散热器前的区域与发动机室完全隔开,这样可以有效减小这种热风的再循环。

    机罩上的进风口应正对散热器风扇,要有足够的进风量,尽量减少进风阻力。热风的排出要通畅,不要形成热风涡流,尽量防止热风对其它部件二次加热,如油泵、液压油箱等,必要时可设置隔热层。

    3、为了创造适宜的“微小气候",机罩的内外部结构设计,机罩的材料以及外表面的色彩都是非常讲究的。机罩本身就相当于“阿拉伯长袍”,既要讲究外表的美观,又要考虑内部的实现功能。

    制作机罩的材料有金属和非金属材料,金属材料的隔热、隔音效果不如非金属材料。机罩的外表面应光洁,涂浅色调面漆,这样可以减少热量吸收。内表面也应光滑、整洁,尽量减少风阻,不形成涡流,还应粘贴吸音材料降低工作噪声。

    以上是笔者结合产品散热系统设计的一点读后感,也许是一种戏说。其实“长袍”的设计与机罩风道设计。两者之间的内涵是相通的,都有适者生存的科学道道理。但愿笔者的一点理解和感悟能够对产品设计和改进起到一点帮助作用。