CN103149006B - 一种模拟实际运行工况的汽车散热器风洞试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种模拟实际运行工况的汽车散热器风洞试验装置，包括洞体，在所述洞体内部的进气方向上，依次设置进气加热及控制装置、节流孔板、稳定段、测温装置、散热器模块、设有转速测量装置的风扇，所述风扇与外界大气连通。本发明采用进气加热及控制装置模拟实际的环境温度可以解决车辆散热器模块实车试验集中在夏季进行的现实情况。采用节流孔板并调整孔板的面积可以实际模拟不同种类车辆内发动机舱和格栅的节流情况，直接使用风扇吸风散热而不是采用均匀气流散热，采用瑞利分布仿真控制电热丝中电流变化模拟实际环境温度的波动，上述措施使模拟实际运行工况的汽车散热器风洞试验装置试制汽车散热器模块更快捷有效。

Description

一种模拟实际运行工况的汽车散热器风洞试验装置

技术领域

本发明涉及一种风洞试验装置，具体涉及一种模拟实际运行工况的汽车散热器风洞试验装置。

背景技术

目前，散热器散热性能通常采用基于国标JB/T 10505-2005进行风洞试验测试得到，然而，散热器散热性能的风洞试验条件与实际情况差别较大，为了保证温度、流量和压力等参数测量准确，要求散热器风洞内部气流均匀，但是车辆实际运行时，鉴于风扇的本身结构特点，风扇转动过程中，流过风扇叶尖、叶扇和轮毂部分空气的流速差别很大，整个叶扇的环形流速较高，风扇轮毂投影面和散热器四角流速较低，导致流动非常不均匀，从而造成实际的散热效果要比风洞试验测试出的性能要差；当气流从进风格栅、发动机舱的风道、到发动机后流动过程中，气流节流性比较大，目前的汽车散热器风洞没有装置模拟节流情况；工程机械在戈壁、沙漠等地作业，进风（环境）温度比较高，有时大于50℃，而散热器风洞试验要求热侧（换热工质）与冷侧（环境）进口温度差要大于等于60℃，因此无法进行环境温度大于40℃的风洞试验。另外，风洞试验一般在室内气温较稳定的情况下进行，无法模拟过高的温度在戈壁、沙漠等地作业时，环境（进风）温度有一定波动情况。总之，这些实际运行时的工作条件在标准的汽车散热器风洞中是不能准确模拟的，采用散热器风洞数据设计散热器时，尺寸要估计余量且须在夏季实车验证，这样不仅延长了产品设计周期，还导致设计出的散热器模块不能满足实际的使用要求，或产生较大余量，浪费材料。

在检索汽车散热器风洞领域的专利中，中国专利201110299001.7公开了一种冷却器散热性能试验装置，其专利公开说明书中有以下描述：“在风机和进风口之间设有模拟风道加热器”是用来试验风风冷却器的散热器时，用于加热热源空气（一般为增压中冷器热侧工质）。但是，该专利明显不能模拟环境温度，还是不能满足模拟实际情况的试验要求。

发明内容

本发明的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种模拟实际运行工况的汽车散热器风洞试验装置。本发明基于满足国标的现有汽车散热器风洞试验装置并进行改进，可以模拟不同种类车辆实际运行工况，为设计满足实际应用需要且尺寸紧凑的汽车散热器模块提供新的有效试验设备，并可替代散热器模块实车验证过程。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种模拟实际运行工况的汽车散热器风洞试验装置，包括洞体，在所述洞体内部的进气方向上，依次设置进气加热及控制装置、节流孔板、测温装置、散热器模块、设有转速测量装置的风扇，所述风扇与外界大气连通。

所述散热器模块包括水散热器、增压中冷器或油散热器中的一种或多种。

所述进气加热及控制装置包括若干排电阻丝，且电阻丝的通电个数和电流大小均能够调节，从而与实际需要相适应。改变加热量，从而改变对进口气体的加热升温。

进气加热及控制装置的电流按瑞利分布规律波动，用于模拟车辆实际运行时，进风温度的波动情况，其频度2秒变化1次：

T_act＝T₀+ΔT·(-lnr_i)^0.5

式中：T_act是电阻丝加热空气达到的平均环境温度，ΔT为进风温度的波动幅值，为3～5℃，T₀取值为40～55℃。

r_i为伪随机数，采用模拟：

X_i＝16897·X_i-1(mod(2³²-1))

r_i＝X_i/(2³²-1)

X_i为自然数，其中X₀＝1373；i随波动频度自然增加，为大于0的自然数。

所述节流孔板是均匀设有孔的直板，用于实现汽车运行过程中的节流情况。

所述直板为正方形，边长为1m，厚度为0.04m-0.2m；所述孔是圆形、方形或菱形。

所述直板上设有16个孔，按照面积计算，该试验装置用于商用车发动机舱时，如载货车、牵引车，每个孔面积为0.025m²-0.029m²，16个孔综合面积为0.4-0.46m²；该试验装置用于工程机械发动机舱时，每个孔面积为0.02m²-0.023m²，16个孔综合面积为0.32-0.37m²；该实验装置用于发动机后置式公交车内发动机舱时，每个孔面积为0.015m²-0.018m²，16个孔综合面积为0.24-0.29m²，设置的节流孔板的节流率是采用CFD技术计算若干台不同用途的典型车辆分析所得。

所述稳定段用于稳定气流的流动情况，长度为1m-3m。

所述风扇连接至变频电机，以拖动风扇转动，可根据实际发动机在最大扭矩工况、标定工况时的风扇转速，模拟风扇转动情况。

所述风扇包括风扇扇体以及与其连接的风扇轴，风扇轴穿过导风罩，所述转速测量装置为电磁脉冲式，安装于风扇轴上。

本发明在原有汽车散热器风洞的基础上，采用进气加热及控制装置模拟实际的环境温度，此进气加热及控制装置有16根电阻丝，可根据调整通电电阻丝的个数和电流的变化，改变进气的温度及温度的瞬间波动，模拟沙漠、戈壁、赤道附近的高温区域中汽车热管理的使用情况。采用节流孔板模拟发动机舱和格栅的节流情况，节流孔板的形状为正方形且边长为1m，厚度为0.04-0.2m，直板上挖16个小孔，小孔可以是圆形、方形、菱形等其他形状。按照面积计算，用于商用车发动机舱的节流情况的每个小孔面积为0.025m²-0.029m²，16个小孔综合面积为0.4-0.46m²；用于工程机械发动机舱的节流情况的每个小孔面积为0.02m²-0.023m²，16个小孔综合面积为0.32-0.37m²；用于发动机后置式公交车内发动机舱的节流情况的每个小孔面积为0.015m²-0.018m²，16个小孔综合面积为0.24-0.29m²。采用变频电机直接带动实车应用的风扇对散热器模块进行散热，可以方便的模拟汽车实际工况时风扇运转速度，避免常规汽车散热器风洞内部气流均匀产生的误差。

本发明专利的有益效果是：

本发明为加热冷侧工质，而中国专利201110299001.7为加热热源空气，本发明旨在模拟环境中的空气温度变化，与上述专利的工作原理截然不同。

本发明采用进气加热及控制装置模拟实际的环境温度可以解决车辆热管理系统的实车试验集中在夏季进行的现实情况，可以不分时间和地域进行热管理系统热负荷试验，极大缩短了新产品设计周期。采用节流孔板并调整孔板的面积可以实际模拟不同种类车辆内发动机舱和格栅的节流情况，从而得到准确的通过散热器模块的气流流量，可以解决估计节流率过小时，因为为估计的风量比实际风量大，使设计的散热器模块出现开锅现象；或假设节流率过大时，因为为估计的风量比实际风量小，散热器模块尺寸设计过量。类似的，鉴于风扇的本身结构特点，导致流过散热器模块的气流流动非常不均匀，与标准散热器风洞试验要求的流过散热器模块内部气流均匀情况相差较大，采用CFD计算表明误差大约为5-10%，也会导致设计的散热器模块或出现开锅现象，或尺寸设计过量。采用瑞利分布仿真模拟实际环境温度的变化也有类似的效果，因此采用模拟实际运行工况的汽车散热器风洞试验装置试制汽车散热器模块更准确、快捷、有效。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是进气加热及控制装置中的电阻丝的布置方式；

图3是3种不同节流孔板的结构图；

其中1.空气进口段，2.进气加热及控制装置，3.节流孔板，4.稳定段，5.测温装置，6.散热器模块，7.风扇，8.转速测量装置，9.变频电机，10.接外界大气。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行进一步的阐述，应该说明的是，下述说明仅是为了解释本发明，并不对其内容进行限定。

一种模拟实际运行工况的汽车散热器风洞试验装置，包括洞体，洞体内部的进气方向上，依次设置进气加热及控制装置2、节流孔板3、稳定段4以及测温装置5、散热器模块6、设有转速测量装置8的风扇7，所述风扇7与外界大气连通。散热器模块6包括水散热器、增压中冷器或油散热器中的一种或多种。进气加热及控制装置2包括16排电阻丝，且电阻丝的通电个数和电流大小均能够调节，从而与实际需要相适应。改变加热量，从而改变对进口气体的加热升温。节流孔板3是均匀设有16个孔的直板，用于实现汽车运行过程中的节流情况。直板为正方形，边长为1m，厚度为0.04m-0.2m。孔是圆形、方形或菱形。

按照面积计算，该试验装置用于商用车发动机舱时，如载货车、牵引车，每个孔面积为0.025m²-0.029m²，16个孔综合面积为0.4-0.46m²；该试验装置用于工程机械发动机舱时，每个孔面积为0.02m²-0.023m²，16个孔综合面积为0.32-0.37m²；该实验装置用于发动机后置式公交车内发动机舱时，每个孔面积为0.015m²-0.018m²，16个孔综合面积为0.24-0.29m²。

稳定段用于稳定气流的流动情况，长度为1m-3m。风扇7连接至变频电机9，用于拖动风扇7转动，可根据实际发动机在最大扭矩工况、标定工况时的风扇转速，模拟风扇转动情况。风扇7包括风扇扇体及与其连接的风扇轴，风扇轴穿过导风罩，转速测量装置8为电磁脉冲式，安装于风扇轴上。

由于风扇7为吸风方式抽风，气流从空气进口段1进入，在进气加热及控制装置2中被加热，加热功率或产生的空气温升由检测车型及应用场景确定。十六条电阻丝的安装位置如图2所示。加热后的空气穿过节流孔板3，产生一定的压力降，节流孔可以是圆形、方形、菱形等其他形状，不同的车型发动机舱内的节流情况不同，节流孔板3的面积不同，以圆形为例，图3(a)为商用车的节流孔板3，图3(b)为工程机械的节流孔板3，图3(c)为发动机后置式公交车的节流孔板3。节流后的空气进入稳定段4后，测量其温度，根据温升的变化调整电阻丝的通电个数和电流大小。然后气流进入散热器模块6实现热交换，经风扇7排出。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (8)

1.一种模拟实际运行工况的汽车散热器风洞试验装置，包括洞体，其特征在于，在所述洞体内部的进气方向上，依次设置进气加热及控制装置、节流孔板、稳定段、测温装置、散热器模块、设有转速测量装置的风扇，所述风扇与外界大气连通；

所述进气加热及控制装置包括若干排电阻丝，且电阻丝的通电个数和电流大小均能够调节；

进气加热及控制装置的电流按瑞利分布规律波动，用于模拟车辆实际运行时，进风温度的波动情况，其频度2秒变化1次：

T_act＝T₀+ΔT·(-lnr_i)^0.5

式中：T_act是电阻丝加热空气达到的平均环境温度，ΔT为进风温度的波动幅值，为3～5℃，T₀取值为40～55℃；

r_i为伪随机数，采用模拟：

X_i＝16897·X_i-1(mod(2³²-1))

r_i＝X_i/(2³²-1)

X_i为自然数，其中X₀＝1373；i随波动频度自然增加，为大于0的自然数。

2.根据权利要求1所述的试验装置，其特征在于，所述散热器模块包括水散热器、增压中冷器或油散热器中的一种或多种。

3.根据权利要求1所述的试验装置，其特征在于，所述节流孔板是均匀设有孔的直板。

4.根据权利要求3所述的试验装置，其特征在于，所述直板为正方形，边长为1m，厚度为0.04m-0.2m；所述孔是圆形、方形或菱形。

5.根据权利要求4所述的试验装置，其特征在于，所述直板上设有16个孔，按照面积计算，该试验装置用于商用车发动机舱时，每个孔面积为0.025m²-0.029m²，16个孔综合面积为0.4-0.46m²；该试验装置用于工程机械发动机舱时，每个孔面积为0.02m²-0.023m²，16个孔综合面积为0.32-0.37m²；该试验装置用于发动机后置式公交车内发动机舱时，每个孔面积为0.015m²-0.018m²，16个孔综合面积为0.24-0.29m²。

6.根据权利要求1所述的试验装置，其特征在于，所述稳定段用于稳定气流的流动情况，长度为1m-3m。

7.根据权利要求1所述的试验装置，其特征在于，所述风扇连接至变频电机，以拖动风扇转动。

8.根据权利要求1所述的试验装置，其特征在于，所述风扇包括风扇扇体及与其连接的风扇轴，风扇轴穿过导风罩，所述转速测量装置为电磁脉冲式，安装于风扇轴上。