CN106768806A - 一种汽车散热器风洞试验台的开闭式冷却空气循环系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种汽车散热器风洞试验台的开闭式冷却空气循环系统，包括试验箱体、循环管道、PLC控制器、冷却空气温度调节装置和试件进风温度传感器，循环管道上沿气体循环方向依次设有风机、环境空气出口、第一控制阀和环境空气进口，环境空气进口处设有第二控制阀，环境空气出口处设有第三控制阀，冷却空气温度调节装置设于试验箱体内的进气端，试件进风温度传感器设于试验箱体内试件的迎风侧，PLC控制器分别连接风机、第一控制阀、第二控制阀、第三控制阀、冷却空气温度调节装置和试件进风温度传感器。与现有技术相比，本发明对不同需求的试验提供了更多的选择，同时具有较好的节能环保的效果。
Description
技术领域
本发明涉及汽车散热器、中冷器试验领域，尤其是涉及一种汽车散热器风洞试验台的开闭式冷却空气循环系统。
背景技术
汽车散热器(中冷器)风洞是对汽车散热器、中冷器进行换热性能测试的试验设备。汽车散热器换热性能测试的热交换的两个主体是散热器内部流动的高温液体和垂直于散热器迎风面流动的低温冷却空气。因此，作为风洞试验设备必须具有一个能够提供在一定范围内可以根据试验要求进行温度和流量调节的高温液体循环系统，和一个在一定范围内可以根据试验要求进行温度和流量调节的低温冷却空气循环系统。同样，汽车中冷器的热交换是在中冷器内部的高温增压空气和外部的低温冷却空气之间进行的。汽车散热器风洞的低温冷却空气循环系统可用于汽车散热器或汽车中冷器的性能试验。
现有汽车散热器风洞的低温冷却空气循环系统结构单一，无法适应不同的测试要求，例如：在新产品的设计研发阶段，会对研发初期阶段的产品做一些验证性的试验，这些试验并不一定要严格规定试验进风温度，若采用传统的闭式循环结构系统，则会浪费能源，增加试验成本。
中国专利CN204718766U公开了一种换热器散热性能风洞试验台，其包括风洞主体、介质循环系统、现场检测仪器仪表和控制系统，所述风洞主体内设置有一组散热器，所述散热器与介质循环系统连接，其特征在于，所述介质循环系统包括水路循环系统和油路循环系统。该专利仅用作开式循环风洞试验，未涉及对散热器试验空气的冷却循环方式的改进。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种汽车散热器风洞试验台的开闭式冷却空气循环系统，对不同需求的试验提供了更多的选择，同时具有较好的节能环保的效果。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种汽车散热器风洞试验台的开闭式冷却空气循环系统，包括用于安装试件的试验箱体以及与试验箱体连接成循环回路的循环管道，该系统还包括PLC控制器、冷却空气温度调节装置和试件进风温度传感器，所述循环管道上沿气体循环方向依次设有风机、环境空气出口、第一控制阀和环境空气进口，所述环境空气进口处设有第二控制阀，所述环境空气出口处设有第三控制阀，所述冷却空气温度调节装置设于试验箱体内的进气端，所述试件进风温度传感器设于试验箱体内试件的迎风侧，所述PLC控制器分别连接风机、第一控制阀、第二控制阀、第三控制阀、冷却空气温度调节装置和试件进风温度传感器。
当第一控制阀开启，第二控制阀和第三控制阀关闭时，采用冷却空气进气温度的闭式循环调节控制，当第二控制阀和第三控制阀开启，第一控制阀关闭时，采用环境空气作为冷却空气进气的开式循环调节控制。
所述试验箱体包括由试件安装板分隔的第一舱室和第二舱室，所述第一舱室设有连接循环管道的舱室进气口，所述第二舱室设有连接循环管道的舱室出气口，第二舱室内沿气体循环方向依次设有空气混流器、试件出风温度传感器和整流网，所述冷却空气温度调节装置和试件进风温度传感器设于第一舱室内。
所述试件安装板包括用于分隔第一舱室和第二舱室的固定板、弹性密封垫层和多个用于固定试件的夹钳，所述固定板上设有与试件形状相匹配的中空的通风区域，所述弹性密封垫层设于固定板朝向第一舱室的侧面上，且围绕通风区域的边缘设置，所述多个夹钳沿弹性密封垫层的边缘均布设置。
该系统还包括连接PLC控制器的流量计，所述流量计沿气体循环方向设于环境空气进口与试验箱体之间的循环管道上。
所述冷却空气温度调节装置包括沿气体循环方向依次设置的空气冷却器、电加热器和风扇，所述空气冷却器、电加热器和风扇分别连接PLC控制器。
所述环境空气进口处还设有环境空气质量流量计和防护网，所述环境空气质量流量计连接PLC控制器。
所述PLC控制器通过电机变频器连接风机。
所述第一控制阀、第二控制阀和第三控制阀均采用气动阀。
所述PLC控制器连接有带显示屏的上位机。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1、本发明将闭式循环和开式循环方式相结合，在循环管道上设置环境空气出口、第一控制阀和环境空气进口，由PLC控制器控制三个控制阀的开启，实现开式循环方式和闭式循环方式之间的切换，开式循环方式具有简单造价低，使用时因不用对进气进行温度调节比较节能的优点，适合试验要求不高的场合，闭式循环方式适合于对试验冷却空气进风温度有要求的场合。对不同需求的试验提供了更多的选择，也产生了一定的节能环保的效果。
2、本发明试件安装板设置了多个用于固定试件的夹钳，可实现不同类型散热器的固定，同时试件与固定板之间的间隙由弹性密封垫层密封起来，弹性密封垫层可很好地密封不规则试件边缘带来的间隙，保证风洞试验的准确性。
3、本发明试验箱体内设置可调低温度的空气冷却器和调高温度的电加热器，配合试件进风温度传感器，实现试件进风温度的实时准确测量。
4、本发明在环境空气进口处还设有环境空气质量流量计和防护网，实时监控环境空气质量，可有效地防止异物吸入风道，保护风洞试验台内部结构不受灰尘影响。
5、本发明自动控制化，操作便捷，可视性高，方便测试人员操作。
6、本发明结构简单，对现有风洞台改动小，制作成本低，易于推广应用。
附图说明
图1为本发明系统的结构示意图；
图2为本发明系统闭式循环工作示意图；
图3为本发明系统开式循环工作示意图。
图中：1、试件，2、试验箱体，3、循环管道，4、冷却空气温度调节装置，5、试件进风温度传感器，6、风机，7、环境空气出口，8、第一控制阀，9、环境空气进口，10、第二控制阀，11、第三控制阀，12、流量计，13、环境空气质量流量计，14、防护网，21、第一舱室，22、第二舱室，23、试件安装板，41、空气冷却器，42、电加热器，43、风扇，231、固定板，232、弹性密封垫层，233、夹钳。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
如图1所示，一种汽车散热器风洞试验台的开闭式冷却空气循环系统，包括用于安装试件1的试验箱体2以及与试验箱体2连接成循环回路的循环管道3，该系统还包括PLC控制器、冷却空气温度调节装置4和试件进风温度传感器5，循环管道3上沿气体循环方向依次设有风机6、环境空气出口7、第一控制阀8和环境空气进口9，环境空气进口9处设有第二控制阀10，环境空气出口7处设有第三控制阀11，冷却空气温度调节装置4设于试验箱体2内的进气端，试件进风温度传感器5设于试验箱体2内试件1的迎风侧，测量循环冷却空气在试件1上游处的温度值，该温度值作为冷却空气温度调节的依据，PLC控制器分别连接风机6、第一控制阀8、第二控制阀10、第三控制阀11、冷却空气温度调节装置4和试件进风温度传感器5，试件1测试时连接高温液体循环系统，高温液体循环系统向试件1输入高温液体C，试件1内与循环气体热交换后的液体D返回高温液体循环系统。开闭式冷却空气循环系统的结构主体为闭式循环，即当第一控制阀8开启，第二控制阀10和第三控制阀11关闭时，可以在循环冷却空气经过试件1被加热后通过空气冷却器41进行温度冷却并调节到试验要求的进口温度；同时可以经过管路的切换至开式循环，即当第二控制阀10和第三控制阀11开启，第一控制阀8关闭时，试件1进口冷却空气为环境空气，不经过空气冷却或温度调节，冷却空气经过试件1后被加热的空气通过管路排向外部空间。
该系统还包括连接PLC控制器的流量计12，流量计12沿气体循环方向设于环境空气进口9与试验箱体2之间的循环管道3上。
环境空气进口9处还设有环境空气质量流量计13和防护网14，环境空气质量流量计13连接PLC控制器，实时监控环境空气质量，可有效地防止异物吸入风道，保护风洞试验台内部结构不受灰尘影响。
如图1所示，试件安装板23包括用于分隔第一舱室21和第二舱室22的固定板231、弹性密封垫层232和多个用于固定试件1的夹钳233，固定板231上设有与试件1形状相匹配的中空的通风区域，弹性密封垫层232设于固定板231朝向第一舱室21的侧面上，且围绕通风区域的边缘设置，多个夹钳233沿弹性密封垫层232的边缘均布设置，适用于稳固夹持不同型号的散热器，同时弹性密封垫层232可很好地密封不规则试件1边缘带来的间隙，保证风洞试验的准确性。
如图1所示，冷却空气温度调节装置4包括沿气体循环方向依次设置的空气冷却器41、电加热器42和风扇43，空气冷却器41、电加热器42和风扇43分别连接PLC控制器，空气冷却器41连接制冷机组，制冷机组将低温冷却水A输入到空气冷却器41中，与气体进行热交换，冷却气体，空气冷却器41热交换后的冷却水B回到制冷机组中，PLC控制器，根据所需要的时间进风温度分别调控空气冷却器41和电加热器42工作。
试验箱体2包括由试件安装板23分隔的第一舱室21和第二舱室22，两个舱室都有门可以进入并可以密闭，第一舱室21设有连接循环管道3的舱室进气口，第二舱室22设有连接循环管道3的舱室出气口，第二舱室22内沿气体循环方向依次设有空气混流器、试件出风温度传感器和第二整流网，冷却空气温度调节装置4和试件进风温度传感器5设于第一舱室21内。
本实施例中，PLC控制器通过电机变频器连接风机6，可根据流量计12采集的气体流量变频控制风机6的转速，实现循环气体流速的调节。第一控制阀8、第二控制阀10和第三控制阀11均采用气动阀，实现远程自动切换功能。PLC控制器可获取各部件的工作状态，数据处理效率高。PLC控制器连接有带显示屏的上位机，可用于输入控制指令和显示各部件的工作状态，可视性高。
本系统的整个智能控制模块包括上位机、NI程序、PLC控制器，控制信号通过PLC、NI等相关模块与现场电气设备相连接，实现远程控制现场电气设备的功能，并采用稳压电源及开关电源为控制模块供电。上位机安装Labview图形化编程软件，通过NI进行数据采集、通过PLC输出开关量及模拟量信号指令，可控制整个试验循环的运行。
工作原理：
如图2所示，当第一控制阀8开启，第二控制阀10和第三控制阀11关闭时，采用冷却空气进气温度的闭式循环调节控制。开式循环方式是利用环境空气作为试件1的进气，进气温度是环境温度，不能调节。因此，散热器(中冷器)试验的液侧(增压空气侧)的进口温度是随冷却空气进口温度的变化而变化的。例如，散热器试件1的液体侧循环进口温度要根据冷却空气进气温度+液气温差进行调节。这种形式的风洞结构简单造价低，使用时因不用对进气进行温度调节比较节能。适合试验要求不高的场合。
如图3所示，当第二控制阀10和第三控制阀11开启，第一控制阀8关闭时，采用环境空气作为冷却空气进气的开式循环调节控制。闭式循环方式是低温冷却空气系统由风机6、试验箱体2及管路、冷却空气温度调节装置4、试件1及测量部分等连接构成闭式回路。低温冷却空气在经过试件1表面温度升高后经过风机6及管路后，重新被冷却降温到规定的试验进风温度，从而往复循环并将试件1迎风面流动的低温冷却空气温度调节到试验所需的温度值并加以恒定。闭式循环结构适合于对试验冷却空气进风温度有要求的场合。
使用本发明结构设计制造的全自动控制的汽车散热器、中冷器风洞试验台既可实现冷却空气进气温度调节控制的闭式循环，也可进行冷却空气进气采用环境空气不进行温度调节控制的开式循环。对不同需求的试验提供了更多的选择。也产生了一定的节能环保的效果。
Claims (9)
1.一种汽车散热器风洞试验台的开闭式冷却空气循环系统，包括用于安装试件(1)的试验箱体(2)以及与试验箱体(2)连接成循环回路的循环管道(3)，其特征在于，该系统还包括PLC控制器、冷却空气温度调节装置(4)和试件进风温度传感器(5)，所述循环管道(3)上沿气体循环方向依次设有风机(6)、环境空气出口(7)、第一控制阀(8)和环境空气进口(9)，所述环境空气进口(9)处设有第二控制阀(10)，所述环境空气出口(7)处设有第三控制阀(11)，所述冷却空气温度调节装置(4)设于试验箱体(2)内的进气端，所述试件进风温度传感器(5)设于试验箱体(2)内试件(1)的迎风侧，所述PLC控制器分别连接风机(6)、第一控制阀(8)、第二控制阀(10)、第三控制阀(11)、冷却空气温度调节装置(4)和试件进风温度传感器(5)；
当第一控制阀(8)开启，第二控制阀(10)和第三控制阀(11)关闭时，采用冷却空气进气温度的闭式循环调节控制，当第二控制阀(10)和第三控制阀(11)开启，第一控制阀(8)关闭时，采用环境空气作为冷却空气进气的开式循环调节控制。
2.根据权利要求1所述的一种汽车散热器风洞试验台的开闭式冷却空气循环系统，其特征在于，所述试验箱体(2)包括由试件安装板(23)分隔的第一舱室(21)和第二舱室(22)，所述第一舱室(21)设有连接循环管道(3)的舱室进气口，所述第二舱室(22)设有连接循环管道(3)的舱室出气口，第二舱室(22)内沿气体循环方向依次设有空气混流器、试件出风温度传感器和整流网，所述冷却空气温度调节装置(4)和试件进风温度传感器(5)设于第一舱室(21)内。
3.根据权利要求2所述的一种汽车散热器风洞试验台的开闭式冷却空气循环系统，其特征在于，所述试件安装板(23)包括用于分隔第一舱室(21)和第二舱室(22)的固定板(231)、弹性密封垫层(232)和多个用于固定试件(1)的夹钳(233)，所述固定板(231)上设有与试件(1)形状相匹配的中空的通风区域，所述弹性密封垫层(232)设于固定板(231)朝向第一舱室(21)的侧面上，且围绕通风区域的边缘设置，所述多个夹钳(233)沿弹性密封垫层(232)的边缘均布设置。
4.根据权利要求1所述的一种汽车散热器风洞试验台的开闭式冷却空气循环系统，其特征在于，该系统还包括连接PLC控制器的流量计(12)，所述流量计(12)沿气体循环方向设于环境空气进口(9)与试验箱体(2)之间的循环管道(3)上。
5.根据权利要求1所述的一种汽车散热器风洞试验台的开闭式冷却空气循环系统，其特征在于，所述冷却空气温度调节装置(4)包括沿气体循环方向依次设置的空气冷却器(41)、电加热器(42)和风扇(43)，所述空气冷却器(41)、电加热器(42)和风扇(43)分别连接PLC控制器。
6.根据权利要求1所述的一种汽车散热器风洞试验台的开闭式冷却空气循环系统，其特征在于，所述环境空气进口(9)处还设有环境空气质量流量计(13)和防护网(14)，所述环境空气质量流量计(13)连接PLC控制器。
7.根据权利要求1所述的一种汽车散热器风洞试验台的开闭式冷却空气循环系统，其特征在于，所述PLC控制器通过电机变频器连接风机(6)。
8.根据权利要求1所述的一种汽车散热器风洞试验台的开闭式冷却空气循环系统，其特征在于，所述第一控制阀(8)、第二控制阀(10)和第三控制阀(11)均采用气动阀。
9.根据权利要求1所述的一种汽车散热器风洞试验台的开闭式冷却空气循环系统，其特征在于，所述PLC控制器连接有带显示屏的上位机。
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