CN114441188A - 履带车辆散热器在沙尘环境下散热能力的测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种履带车辆散热器在沙尘环境下散热能力的测量装置，包括加热装置和散热器散热能力测量装置，加热装置设有第一冷却水入口和第一冷却水出口，散热器散热能力测量装置包括散热器、气道、给料机和风扇，给料机、散热器和风扇自上而下依次设置于气道内，散热器的两侧分别设有第二冷却水入口和第二冷却水出口，第一冷却水出口与第二冷却水入口相连通，第二冷却水出口与第一冷却水入口相连通。本发明利用履带车辆散热器在沙尘环境下散热能力的测量装置对沙尘条件下履带车辆散热器散热性能进行测量，为履带车辆散热器的设计和优化提供了基础，有利于增强履带车辆的环境适应性和战场生存能力。

Description

履带车辆散热器在沙尘环境下散热能力的测量装置

技术领域

本发明涉及散热器模拟装置技术领域，特别是涉及一种履带车辆散热器在沙尘环境下散热能力的测量装置。

背景技术

我国高原、沙漠面积广阔，气候干燥，降水稀少，土质松软，履带车辆实际行驶过程中诱发沙尘浓度高，沙尘与空气形成的气固两相流对履带车辆冷却传热影响较大，履带车辆在这样的环境中行进，势必会影响散热器散热性能的发挥，进而对冷却系统的冷却传热产生重要影响。通过对沙尘条件下履带车辆散热器散热性能研究，有利于对冷却系统温度实施精确控制，增强履带车辆的环境适应性和战场生存能力。对于现代履带车辆而言，由于其高功率密度柴油机本体及辅助部件冷却水最佳工作温度范围各不相同，机电混合传动又增加了工作温度相对较低的电子类热源部件数量，使冷却系统涉及的受热部件更多，温度范围更宽，如何对包含诸多元器件的履带车辆散热器在沙尘条件下的散热性能进行有效测量评估，是目前急需解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种履带车辆散热器在沙尘环境下散热能力的测量装置，以解决其散热能力难以测量的难题，从而为履带车辆散热器的设计和优化提供试验条件，有利于增强履带车辆的环境适应性和战场生存能力。

本发明提供了一种履带车辆散热器在沙尘环境下散热能力的测量装置，包括加热装置和散热器散热能力测量装置，所述加热装置包括油泵、加温器、换热器、电控阀、冷却水入口和冷却水出口，所述散热器散热能力测量装置包括散热器、气道、给料机、风扇、控制器、传感器、数据采集器和计算机，所述给料机、所述散热器和所述风扇自上而下依次设置于所述气道内，所述散热器的一侧设有第二冷却水入口，所述散热器的另一侧设有第二冷却水出口，所述第一冷却水出口与所述第二冷却水入口相连通，所述第二冷却水出口与所述第一冷却水入口相连通。

所述油泵的出口与所述加温器的入口连接，所述加温器的出口与所述换热器的油入口连接，所述换热器的油出口与所述油泵的入口连接，所述换热器的水入口与所述第一冷却水入口连接，所述换热器的水出口与所述第一冷却水出口连接。

优选地，所述的传感器包括流量计、温度传感器和风速传感器；

所述加温器的出口与所述换热器的油入口之间设有第一流量计和第一温度传感器，所述油泵的入口与所述换热器的油出口之间设有电控阀和第二温度传感器，所述换热器的水入口与所述第一冷却水入口之间设有第二流量计和第三温度传感器，所述换热器的水出口与所述第一冷却水出口之间设有第四温度传感器。

优选地，所述第一流量计、所述第二流量计、所述第一温度传感器、所述第二温度传感器、所述第三温度传感器、所述第四温度传感器和所述电控阀均通过第一数据采集器与第一计算机连接，所述油泵和所述电控阀均通过第一控制器与所述第一计算机连接，分别用于控制所述油泵的转速和所述电控阀的开度。

优选地，所述气道包括竖直段和水平段，所述竖直段和所述水平段呈“L”形设置，所述风扇设置于所述竖直段和水平段的连接处，所述水平段的开口为沙尘出口，所述竖直段的顶部为空气入口所述给料机与所述散热器之间的所述竖直段为均匀混合段，所述给料机的出料口与所述均匀混合段连通。

优选地，所述散热器与所述第二冷却水入口之间设有第五温度传感器，所述散热器与所述第二冷却水出口之间设有第六温度传感器，所述均匀混合段内设有第七温度传感器和第一风速传感器，所述风扇和所述沙尘出口之间设有第八温度传感器和第二风速传感器。

优选地，所述第五温度传感器、所述第六温度传感器、所述第七温度传感器、所述第八温度传感器、所述第一风速传感器和所述第二风速传感器均通过第二数据采集器与第二计算机连接，所述给料机和所述风扇均通过第二控制器与所述第二计算机连接，分别用于控制所述给料机的给料量和所述风扇的风速。

优选地，所述风扇为两个。

所述的计算机通过数据采集器接收各传感器的采集的数据，并通过提取所采集的数据矩阵的主成分分量，来得到履带车辆散热器在沙尘环境下散热能力的综合评价值，从而完成对履带车辆散热器在沙尘环境下散热能力的测量，其具体包括：

对于某一个时间段内，第i个传感器所采集的履带车辆散热器在沙尘环境下的性能参数记为列向量a_i，i＝1,2,…,N，N为传感器的总数，对于在该时间段内所有的传感器采集的履带车辆散热器在沙尘环境下的性能参数，表示为采集数据阵矩阵a：

a＝[a₁,a₂,…,a_N]，

计算采集数据阵矩阵a的互相关矩阵R，即得到：

R＝a^Ta，

其中，互相关矩阵R的第i行、第j列的元素r_ij＝a_ia_j ^T，列向量a_j表示第j个传感器所采集的履带车辆散热器在沙尘环境下的P个性能参数数据；采用主成分分析方法对在该时间段内所有传感器采集的履带车辆散热器在沙尘环境下的性能参数数据进行降维处理，提取其主成分分量，该过程具体为：

对互相关矩阵R进行特征分解，得到N个特征向量和特征值，根据特征值大小对特征向量进行筛选，筛选出大于某阈值的M个特征向量所构成的特征矩阵E记为：

E＝[v₁,v₂,…,v_M]，

其中，v_k表示第k个特征向量，k＝1,2,…,M，特征向量均为列向量；利用特征矩阵E对采集数据阵矩阵a进行重构，得到采集数据阵矩阵的主成分分量b为：

b＝E^Ta，

利用权重矩阵ω对主成分分量b进行加权处理，得到履带车辆散热器在沙尘环境下散热能力的综合评价值ρ：

ρ＝ωb，

从而完成对履带车辆散热器在沙尘环境下散热能力的测量。

本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：通过利用履带车辆散热器在沙尘环境下散热能力的测量装置对沙尘条件下履带车辆散热器散热性能进行研究，为履带车辆散热器的设计和优化提供了试验条件，有利于增强履带车辆的环境适应性和战场生存能力，缩短研发周期，降低科研经费，为履带车辆散热器在沙尘环境下散热能力的性能评估提供了重要手段。

附图说明

图1为本发明加热装置的示意图；

图2为本发明散热器散热能力测量装置的示意图；

其中：1-油泵，2-加温器，3-换热器，4-第一数据采集器，5-第一计算机，6-第一控制器，7-电控阀，8-第一冷却水入口，9-第一冷却水出口，10-第一流量计，11-第二流量计，12-第一温度传感器，13-第二温度传感器，14-第三温度传感器，15-第四温度传感器，16-气道，17-给料机，18-散热器，19-风扇，20-空气入口，21-均匀混合段，22-沙尘出口，23-第二冷却水入口，24-第二冷却水出口，25-第五温度传感器，26-第六温度传感器，27-第七温度传感器，28-第八温度传感器，29-第一风速传感器，30-第二风速传感器，31-第二数据采集器，32-第二控制器，33-第二计算机。

具体实施方式

为了更好的了解本发明内容，这里给出一个实施例。

本发明的目的是提供一种履带车辆散热器在沙尘环境下散热能力的测量装置，以解决现有技术存在的问题，为履带车辆散热器的设计和优化提供试验条件，有利于增强履带车辆的环境适应性和战场生存能力。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

如图1-图2所示：本实施例提供了一种履带车辆散热器在沙尘环境下散热能力的测量装置，包括加热装置和散热器散热能力测量装置。加热装置设有第一冷却水入口8和第一冷却水出口9，散热器散热能力测量装置设有第二冷却水入口23和第二冷却水出口24，加热装置的第一冷却水出口9与散热器散热能力测量装置的第二冷却水入口23相连通，在水泵1的作用下，经换热器3加热后的冷却水通过第一冷却水出口9流入第二冷却水入口23，进而流入散热器18内，散热器散热能力测量装置的第二冷却水出口24与加热装置的第一冷却水入口8相连通，使得散热器18内散热降温后的水经第二冷却水出口24流出后通过第一冷却水入口8流入换热器3内，以备进行下一次循环。

加热装置包括油泵1、加温器2和换热器3，油泵1的出口与加温器2的入口连接，加温器2的出口与换热器3的油入口连接，换热器3的油出口与油泵1的入口连接，换热器3的水入口与第一冷却水入口8连接，换热器3的水出口与第一冷却水出口9连接。

加温器2的出口与换热器3的油入口之间设有第一流量计10和第一温度传感器12，第一流量计10用于检测加温器2的出口与换热器3的油入口之间的油路中的油的流量，第一温度传感器12用于检测流入换热器3的油的温度，油泵1的入口与换热器3的油出口之间设有电控阀7和第二温度传感器13，第二温度传感器13用于检测流出换热器3的油的温度，换热器3的水入口与第一冷却水入口8之间设有第二流量计11和第三温度传感器14，第二流量计11用于检测换热器3的水入口与第一冷却水入口8之间的水路中的水的流量，第三温度传感器14用于检测流入换热器3的水的温度，换热器3的水出口与第一冷却水出口9之间设有第四温度传感器15，第四温度传感器15用于检测流出换热器3的水的温度。第一流量计10、第二流量计11、第一温度传感器12、第二温度传感器13、第三温度传感器14、第四温度传感器15和电控阀7均通过第一数据采集器4与第一计算机5连接，油泵1和电控阀7均通过第一控制器6与第一计算机5连接，第一流量计10、第二流量计11、第一温度传感器12、第二温度传感器13、第三温度传感器14、第四温度传感器15的信号均通过第一数据采集器4反馈给第一计算机5，第一计算机5根据第一数据采集器4采集的信号通过第一控制器6对油泵1的转速以及电控阀7的开度进行控制，以调整加热装置的油路内的油温，进而控制与换热器3出口相连的第一冷却水出口9的水温在合理范围内进行调整，以模拟实际发动机冷却水出口温度。

散热器散热能力测量装置包括气道16、给料机17、散热器18和两个风扇19，给料机17、散热器18和风扇19自上而下依次设置于气道16内。气道16包括竖直段和水平段，竖直段和水平段呈“L”形设置，两个风扇19水平并排设置于气道16的竖直段和水平段的连接处，水平段的开口为沙尘出口22，竖直段的顶部为空气入口20，给料机17与散热器18之间的竖直段为均匀混合段21，给料机17的出料口与均匀混合段21连通，给料机17的给料斗内装有(沙尘)，(沙尘)在气道16的均匀混合段21内下落的过程中与从空气入口20通入的空气进行均匀混合得到(气固两相流)，在风扇19吸风的作用下，(气固两相流)自上而下经过散热器18并最终通过沙尘出口22排出气道16，气固两相流经过散热器18能起到对散热器18进行散热的作用，以模拟履带车辆散热器实际的工作环境。散热器18的一侧设有第二冷却水入口23，散热器18的另一侧设有第二冷却水出口24，经换热器3加热后的冷却水经第二冷却水入口23流入散热器18，经散热降温后的冷却水经第二冷却水出口24流出散热器18。

散热器18与第二冷却水入口23之间设有第五温度传感器25，第五温度传感器25用于检测流入散热器18的水的温度，散热器18与第二冷却水出口24之间设有第六温度传感器26，第六温度传感器26用于检测流出散热器18的水的温度，均匀混合段21内靠近散热器18的位置设有第七温度传感器27和第一风速传感器29，第七温度传感器27用于检测气道16内的散热器18上侧的温度，第一风速传感器29用于检测气道16内散热器18上侧的风速，风扇19和沙尘出口22之间靠近风扇19的位置设有第八温度传感器28和第二风速传感器30，第八温度传感器28用于检测气道16内风扇19右侧的温度，第二风速传感器30用于气道16内风扇19右侧的风速。第五温度传感器25、第六温度传感器26、第七温度传感器27、第八温度传感器28、第一风速传感器29和第二风速传感器30均通过第二数据采集器31与第二计算机连接33，给料机17和风扇19均通过第二控制器32与第二计算机33连接，第五温度传感器25、第六温度传感器26、第七温度传感器27、第八温度传感器28、第一风速传感器29和第二风速传感器30的信号均通过第二数据采集器31反馈给第二计算机33，第二计算机33可以通过第二控制器32分别对给料机17和风扇19进行控制，通过控制给料机17的流量模拟不同的沙尘浓度，通过控制风扇19的转速模拟不同的风速。

本实施例中的履带车辆散热器在沙尘环境下散热能力的测量装置的工作原理为：从第一冷却水出口9流出的经过换热器3加热的冷却水经过第二冷却水入口23流入散热器18内，散热器18在散热器散热能力测量装置模拟的沙尘环境下进行工作，通过给料机17的给料量以及风扇19的转速来计算通过散热器18的沙尘浓度及流量，结合散热器18的第二冷却水入口23和第二冷却水出口24之间的冷却水的温差以及散热器18前后气固两相流的温差，计算不同的沙尘浓度及流量对散热器18的散热性能的影响，从而实现了对沙尘条件下履带车辆散热器散热性能研究，有利于对冷却系统温度实施精确控制，增强履带车辆的环境适应性和战场生存能力，避免了采用实车进行研究具有费用高、周期长等诸多显而易见的缺点，为履带车辆散热器在沙尘环境下散热能力的模拟试验提供了重要的研究手段。

所述的计算机通过数据采集器接收各传感器的采集的数据，并通过提取所采集的数据矩阵的主成分分量，来得到履带车辆散热器在沙尘环境下散热能力的综合评价值，从而完成对履带车辆散热器在沙尘环境下散热能力的测量，其具体包括：

对于某一个时间段内，第i个传感器所采集的履带车辆散热器在沙尘环境下的性能参数记为列向量a_i，i＝1,2,…,N，N为传感器的总数，对于在该时间段内所有的传感器采集的履带车辆散热器在沙尘环境下的性能参数，表示为采集数据阵矩阵a：

a＝[a₁,a₂,…,a_N]，

计算采集数据阵矩阵a的互相关矩阵R，即得到：

R＝a^Ta，

其中，互相关矩阵R的第i行、第j列的元素r_ij＝a_ia_j ^T，列向量a_j表示第j个传感器所采集的履带车辆散热器在沙尘环境下的P个性能参数数据；采用主成分分析方法对在该时间段内所有传感器采集的履带车辆散热器在沙尘环境下的性能参数数据进行降维处理，提取其主成分分量，该过程具体为：

对互相关矩阵R进行特征分解，得到N个特征向量和特征值，根据特征值大小对特征向量进行筛选，筛选出大于某阈值的M个特征向量所构成的特征矩阵E记为：

E＝[v₁,v₂,…,v_M]，

其中，v_k表示第k个特征向量，k＝1,2,…,M，特征向量均为列向量；利用特征矩阵E对采集数据阵矩阵a进行重构，得到采集数据阵矩阵的主成分分量b为：

b＝E^Ta，

利用权重矩阵ω对主成分分量b进行加权处理，得到履带车辆散热器在沙尘环境下散热能力的综合评价值ρ：

ρ＝ωb，

从而完成对履带车辆散热器在沙尘环境下散热能力的测量。

以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请权利要求范围内。

Claims (9)

1.一种履带车辆散热器在沙尘环境下散热能力的测量装置，其特征在于，包括加热装置和散热器散热能力测量装置，所述加热装置包括油泵、加温器、换热器、电控阀、冷却水入口和冷却水出口，所述散热器散热能力测量装置包括散热器、气道、给料机、风扇、控制器、传感器、数据采集器和计算机，所述给料机、所述散热器和所述风扇自上而下依次设置于所述气道内，所述散热器的一侧设有第二冷却水入口，所述散热器的另一侧设有第二冷却水出口，所述第一冷却水出口与所述第二冷却水入口相连通，所述第二冷却水出口与所述第一冷却水入口相连通。

2.如权利要求1所述的履带车辆散热器在沙尘环境下散热能力的测量装置，其特征在于，所述油泵的出口与所述加温器的入口连接，所述加温器的出口与所述换热器的油入口连接，所述换热器的油出口与所述油泵的入口连接，所述换热器的水入口与所述第一冷却水入口连接，所述换热器的水出口与所述第一冷却水出口连接。

3.如权利要求1所述的履带车辆散热器在沙尘环境下散热能力的测量装置，其特征在于，所述的传感器包括流量计、温度传感器和风速传感器。

4.如权利要求1所述的履带车辆散热器在沙尘环境下散热能力的测量装置，其特征在于，所述加温器的出口与所述换热器的油入口之间设有第一流量计和第一温度传感器，所述油泵的入口与所述换热器的油出口之间设有电控阀和第二温度传感器，所述换热器的水入口与所述第一冷却水入口之间设有第二流量计和第三温度传感器，所述换热器的水出口与所述第一冷却水出口之间设有第四温度传感器。

5.如权利要求1所述的履带车辆散热器在沙尘环境下散热能力的测量装置，其特征在于，所述第一流量计、所述第二流量计、所述第一温度传感器、所述第二温度传感器、所述第三温度传感器、所述第四温度传感器和所述电控阀均通过第一数据采集器与第一计算机连接，所述油泵和所述电控阀均通过第一控制器与所述第一计算机连接，分别用于控制所述油泵的转速和所述电控阀的开度。

6.如权利要求1所述的履带车辆散热器在沙尘环境下散热能力的测量装置，其特征在于，

所述气道包括竖直段和水平段，所述竖直段和所述水平段呈“L”形设置，所述风扇设置于所述竖直段和水平段的连接处，所述水平段的开口为沙尘出口，所述竖直段的顶部为空气入口所述给料机与所述散热器之间的所述竖直段为均匀混合段，所述给料机的出料口与所述均匀混合段连通。

7.如权利要求1所述的履带车辆散热器在沙尘环境下散热能力的测量装置，其特征在于，

所述散热器与所述第二冷却水入口之间设有第五温度传感器，所述散热器与所述第二冷却水出口之间设有第六温度传感器，所述均匀混合段内设有第七温度传感器和第一风速传感器，所述风扇和所述沙尘出口之间设有第八温度传感器和第二风速传感器。

8.如权利要求1所述的履带车辆散热器在沙尘环境下散热能力的测量装置，其特征在于，

所述第五温度传感器、所述第六温度传感器、所述第七温度传感器、所述第八温度传感器、所述第一风速传感器和所述第二风速传感器均通过第二数据采集器与第二计算机连接，所述给料机和所述风扇均通过第二控制器与所述第二计算机连接，分别用于控制所述给料机的给料量和所述风扇的风速。

9.如权利要求1所述的履带车辆散热器在沙尘环境下散热能力的测量装置，其特征在于，

所述的计算机通过数据采集器接收各传感器的采集的数据，并通过提取所采集的数据矩阵的主成分分量，来得到履带车辆散热器在沙尘环境下散热能力的综合评价值，从而完成对履带车辆散热器在沙尘环境下散热能力的测量，其具体包括：

对于某一个时间段内，第i个传感器所采集的履带车辆散热器在沙尘环境下的性能参数记为列向量a_i，i＝1,2,…,N，N为传感器的总数，对于在该时间段内所有的传感器采集的履带车辆散热器在沙尘环境下的性能参数，表示为采集数据阵矩阵a：

a＝[a₁,a₂,…,a_N]，

计算采集数据阵矩阵a的互相关矩阵R，即得到：

R＝a^Ta，

其中，互相关矩阵R的第i行、第j列的元素r_ij＝a_ia_j ^T，列向量a_j表示第j个传感器所采集的履带车辆散热器在沙尘环境下的P个性能参数数据；采用主成分分析方法对在该时间段内所有传感器采集的履带车辆散热器在沙尘环境下的性能参数数据进行降维处理，提取其主成分分量，该过程具体为：

对互相关矩阵R进行特征分解，得到N个特征向量和特征值，根据特征值大小对特征向量进行筛选，筛选出大于某阈值的M个特征向量所构成的特征矩阵E记为：

E＝[v₁,v₂,…,v_M]，

其中，v_k表示第k个特征向量，k＝1,2,…,M，特征向量均为列向量；利用特征矩阵E对采集数据阵矩阵a进行重构，得到采集数据阵矩阵的主成分分量b为：

b＝E^Ta，

利用权重矩阵ω对主成分分量b进行加权处理，得到履带车辆散热器在沙尘环境下散热能力的综合评价值ρ：

ρ＝ωb，

从而完成对履带车辆散热器在沙尘环境下散热能力的测量。

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