CN116519065B - 一种热管理试验散热器水流量测试分析方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种热管理试验散热器水流量测试分析方法及系统，涉及汽车冷却系统领域，该方法具体包括：在散热器上安装水流量传感器和温度计，控制整车以预设工况运行，进行第一次热管理测试试验，读取水流量传感器和温度计的读数；只在散热器上安装温度计，控制整车再次以所述预设工况运行，进行第二次热管理测试试验；根据第一次热管理测试试验的水流量传感器和温度计的读数以及第二次热管理测试试验的温度计的读数，计算得到该预设工况下散热器水回路的真实水流量，本发明可推导出整车散热器真实水回路的流量大小，避免了安装流量传感器后对水回路流量产生影响，从而保证了热管理仿真分析的仿真结果精度。
Description
技术领域
本发明涉及汽车冷却系统领域，具体为一种热管理试验散热器水流量测试分析方法及系统。
背景技术
一个新开发的车型，在产品上市之前，需要完成多种整车测试和多项计算机仿真分析（CAE），其中有一项就是整车的冷却系统热管理测试和热管理仿真分析。
在整车冷却系统热管理试验过程中，通过各种测量手段可以得到一些实验结果数据，其中部分数据是作为整车热管理仿真分析的必要关键输入数据。而后就是要把仿真分析结果与测试结果进行一一对标研究，以验证仿真分析的可靠性。对于整车冷却系统热管理仿真分析，必要的关键输入数据包括整车车速，中冷器增压侧的增压绝对压力、增压空气流量和增压后空气流量，冷凝器散热量，散热器散热量和水流量。这些参数的准确性程度直接影响热管理仿真分析的仿真结果精度。
在整车热管理试验测试过程中，车速可以准确测量，中冷器的增压压力和增压空气流量可以通过自身内置的传感器准确测量获得，增压后的气温可以通过增加一个细小热电偶温度传感器探头来准确测量获得，冷凝器的散热量可以通过相关的台架性能评估出较准确数值。
然而，散热器水回路的水流量测量的传统测量方法有间接法（压差法）和直接法（流量传感器法）。间接法是在散热器的入水口和出水口各布置一个压力传感器；直接法是在散热器的入水口布置一个流量传感器；对于间接法和直接法，在进行整车冷却系统热管理试验之前，都需要额外布置三通结构装置，由于对原有水路通道进行了增件处理，会对流场造成额外的影响。其一，三通结构本身对冷却液流动是有较大阻力影响，即增加三通结构改变了原有散热器水回路阻力特性，这两种方法都属于有较大干扰的测试分析方法。其二，对于压差法测量，还需要借助额外的散热器台架水阻力数据去拟合，得到水阻曲线，由直接测量的压力差（水阻）数据根据水阻曲线再去反推转换为流量数据，属于间接法，它最终的反推出来的流量结果准确性还进一步取决于散热器单体本身的台架水阻力实验数据精度和具体的拟合方法精度。
综上所述，由于整车上的散热器本身没有安装流量传感器，传统水流量的测量及处理方法由于存在如上固有缺陷，所以在整车热管理试验测试过程中，安装流量传感器来测量水流量会对散热器水回路真实流量产生影响，上述测量手段无法准确获取整车上的散热器水回路在不同测试工况下的真实水流量大小，进而根据热学原理推导运算出来的散热器散热量（散热量=热容量*水流量*温差）大小也不准确。对仿真分析计算来说，由于关键参数输入不准确（水流量及散热器散热量），必然给仿真与试验对标分析工作带来相当大的困难，也为验证水流量真实大小是否满足设计要求提出了挑战。
发明内容
本发明的目的是针对背景技术中存在的缺点和问题加以改进和创新，提供一种热管理试验散热器水流量测试分析方法及系统。
根据本发明的第一方面，提供一种热管理试验散热器水流量测试分析方法，具体包括：
在散热器的进水口或出水口处安装水流量传感器，并在散热器的进水口和出水口处分别安装温度计，控制整车以预设工况运行，进行第一次热管理测试试验，散热器达到热平衡后终止试验，读取水流量传感器和温度计的读数；
只在散热器的进水口和出水口分别安装温度计，控制整车再次以所述预设工况运行，进行第二次热管理测试试验，散热器达到热平衡后终止试验，读取温度计的读数；
根据第一次热管理测试试验的水流量传感器和温度计的读数以及第二次热管理测试试验的温度计的读数，计算得到该预设工况下散热器水回路的真实水流量。
进一步的方案是，所述在散热器的进水口或出水口处安装水流量传感器，并在散热器的进水口和出水口处分别安装温度计的步骤具体包括：
将散热器进水口或者出水口与水管断开，并在断开处插入水流量传感器，所述水流量传感器的直通两端口分别连接散热器和水管，水流量传感器的垂直端口连接流量数据采集设备，以直接测量预设工况下热平衡时的水流量大小；
并在散热器的进水口和出水口各布置一个热电偶探头，以直接测量预设工况下热平衡时进水温度和出水温度/>。
进一步的方案是，所述只在散热器的进水口和出水口分别安装温度计的步骤具体包括：
将散热器的进水口和出水口与水管断开，并在散热器的进水口和出水口各布置一个热电偶探头，以直接测量预设工况下热平衡时进水温度和出水温度/>。
进一步的方案是，所述根据第一次热管理测试试验的水流量传感器和温度计的读数以及第二次热管理测试试验的温度计的读数，计算得到该预设工况下散热器水回路的真实水流量的步骤具体包括：
计算第一次热管理测试试验对应的散热器散热量，，其中Density为冷却液的密度、HeatCapacity为冷却液比热容物性参数；
计算第二次热管理测试试验对应的散热器散热量，，其中Density为冷却液的密度、HeatCapacity为冷却液比热容物性参数，其中/>为散热器水回路的真实水流量；
基于同一预设工况下散热器的散热量相同，则散热器水回路的真实水流量为：
。
进一步的方案是，所述计算得到该预设工况下散热器水回路的真实水流量的步骤之后包括：
将散热器水回路的真实水流量作为整车热管理仿真分析试验的边界条件，进行整车热管理仿真分析，以考核整车的散热表现能力是否满足整车热管理属性目标签发要求。
根据本发明的第二方面，提供一种热管理试验散热器水流量测试分析系统，具体包括：
第一热管理测试模块，用于在散热器的进水口或出水口处安装水流量传感器，并在散热器的进水口和出水口处分别安装温度计，控制整车以预设工况运行，进行第一次热管理测试试验，散热器达到热平衡后终止试验，读取水流量传感器和温度计的读数；
第二热管理测试模块，用于只在散热器的进水口和出水口分别安装温度计，控制整车再次以所述预设工况运行，进行第二次热管理测试试验，散热器达到热平衡后终止试验，读取温度计的读数；
计算模块，用于根据第一次热管理测试试验的水流量传感器和温度计的读数以及第二次热管理测试试验的温度计的读数，计算得到该预设工况下散热器水回路的真实水流量。
进一步的方案是，所述第一热管理测试模块包括：
第一安装单元，用于将散热器进水口或者出水口与水管断开，并在断开处插入水流量传感器，所述水流量传感器的直通两端口分别连接散热器和水管，水流量传感器的垂直端口连接流量数据采集设备，以直接测量预设工况下热平衡时的水流量大小；
第二安装单元，用于在散热器的进水口和出水口各布置一个热电偶探头，以直接测量预设工况下热平衡时进水温度和出水温度/>。
进一步的方案是，所述第二热管理测试模块包括：
第三安装单元，用于将散热器的进水口和出水口与水管断开，并在散热器的进水口和出水口各布置一个热电偶探头，以直接测量预设工况下热平衡时进水温度和出水温度/>。
进一步的方案是，所述计算模块具体用于：
计算第一次热管理测试试验对应的散热器散热量，
，其中Density为冷却液的密度、HeatCapacity为冷却液比热容物性参数；
计算第二次热管理测试试验对应的散热器散热量，，其中Density为冷却液的密度、HeatCapacity为冷却液比热容物性参数，其中/>为散热器水回路的真实水流量；
基于同一预设工况下散热器的散热量相同，则散热器水回路的真实水流量为：
。
进一步的方案是，所述计算模块之后包括：
热管理仿真分析模块，用于将散热器水回路的真实水流量作为整车热管理仿真分析试验的边界条件，进行整车热管理仿真分析，以考核整车的散热表现能力是否满足整车热管理属性目标签发要求。
与现有技术相比，本发明的有益效果：本发明提供一种热管理试验散热器水流量测试分析方法，通过分别进行同一预设工况下的安装流量传感器的热管理测试试验和不安装流量传感器的热管理测试试验，由于相同工况下散热器的散热量相同，从而对相关数据进行分析，可推导出整车散热器水回路的真实流量大小，避免了安装流量传感器对水回路流量大小的影响，由于能够获取到不安装流量传感器的整车散热器水回路的流量大小，使得得到的散热器水回路水流量与散热器在整车上没有安装流量传感器的情况相一致，即：获得了整车上散热器水回路的真实流量大小，从而保证了热管理仿真分析的仿真结果精度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些图获得其他的图。
图1为本发明第一实施例所提供的一种热管理试验散热器水流量测试分析方法的流程示意图；
图2是本发明第二实施例所提供的一种热管理试验散热器水流量测试分析系统的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及／或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
实施例1
请参阅图1，本发明实施例提供一种热管理试验散热器水流量测试分析方法，具体包括以下步骤：
步骤S1、控制整车以预设工况运行，进行第一次热管理测试试验，散热器达到热平衡后终止试验，读取水流量传感器和温度计的读数；
其中，散热器水回路包含发动机内部水道、外部连接管道和散热器。发动机在工作时，其内部产生大量的热量，通过其内部的水道把热量输送给散热器，散热量在风扇作用下与环境进行强制对流换热，把热量再转移到环境大气，从而保证发动机内部时刻处于合理的工作温度范围内。为保证发动机高效工作，确保水流量要达到一定的设计目标要求。为此，工程上需要通过试验手段去测量整车散热器水回路水流量真实的大小以检验整套冷却系统是否达到了水流量设计要求。需要说明的是，由于水流量传感器对冷却液流动是有较大阻力影响，实际运行的整车上的散热器水回路上一般是不会安装水流量传感器，因此，需要考察不携带水流量传感器的散热器水回路的真实水流量大小。
具体的，进行第一次热管理测试试验时，需要在散热器的进水口或出水口处安装水流量传感器，并在散热器的进水口和出水口处分别安装温度计。进行第一热管理测试试验需要控制整车以预设工况运行，散热器达到热平衡后终止试验，读取预设工况对应的水流量传感器和温度计的读数。
其中，安装水流量传感器和温度计的具体过程是：将散热器进水口或者出水口与水管断开，并在断开处插入水流量传感器，所述水流量传感器的直通两端口分别连接散热器和水管，水流量传感器的垂直端口连接流量数据采集设备，以直接测量预设工况下热平衡时的水流量大小；在散热器的进水口和出水口各布置一个热电偶探头，以直接测量预设工况下热平衡时进水温度/>和出水温度/>。在本实施例中，当观察到进水温度和出水温度的温度值保持稳定后，表明散热器达到热平衡状态。
需要注意的是，当在散热器水回路上安装水流量传感器后，由于水流量传感器改变了原有散热器水回路阻力特性，使得散热器水回路的流量发生了变化；而如前所述，实际运行的整车上的散热器水回路上一般是不会安装水流量传感器。因此，水流量传感器测量得到的水流量大小与该预设工况下的实际运行的整车上的散热器水回路水流量大小会有一定的偏差。
需要说明的是，整车的预设工况与整车的车速、负载、档位和路面坡度等相关，不同的预设工况对应不同的整车、负载、档位和路面坡度；因此，控制整车以预设工况运行，需要保持整车的车速、负载、档位和路面坡度与该预设工况的规定值相一致。
步骤S2、控制整车再次以所述预设工况运行，进行第二次热管理测试试验，散热器达到热平衡后终止试验，读取温度计的读数；
具体的，进行第二次热管理测试试验时，只在散热器的进水口和出水口分别安装温度计，控制整车再次以所述预设工况运行。散热器达到热平衡后终止试验，读取预设工况对应的温度计的读数。
其中，安装温度计的具体过程是：将散热器的进水口和出水口与水管断开，并在散热器的进水口和出水口各布置一个热电偶探头，以直接测量预设工况下热平衡时进水温度和出水温度/>。
需要注意的是，由于第二次热管理测试试验并没有在散热器水回路上安装水流量传感器，也就没有改变原有散热器水回路阻力特性，从而散热器水回路的水流量并没有发生变化；而如前所述，实际运行的整车上的散热器水回路上一般是不会安装水流量传感器，因此，第二次热管理测试试验对应的水流量大小与该预设工况下的实际运行的整车上的散热器水回路真实水流量大小相一致。
步骤S3、根据第一次热管理测试试验的水流量传感器和温度计的读数以及第二次热管理测试试验的温度计的读数，计算得到该预设工况下散热器水回路的真实水流量；
计算第一次热管理测试试验对应的散热器散热量，
，其中
Density为冷却液的密度、HeatCapacity为冷却液比热容物性参数，为水流量传感器测量得到的散热器水回路的水流量，/>和/>分别是第一次热管理测试试验对应的预设工况下热平衡时的进水温度和出水温度；计算第二次热管理测试试验对应的散热器散热量/>，，其中Density为冷却液的密度、HeatCapacity为冷却液比热容物性参数，其中/>为散热器水回路的真实水流量，/>和/>分别是第二次热管理测试试验对应的预设工况下热平衡时的进水温度和出水温度。
基于同一预设工况下散热器的散热量相同，则散热器水回路的真实水流量为：
。
步骤S4、将散热器水回路的真实水流量作为整车热管理仿真分析试验的边界条件，进行整车热管理仿真分析，以考核整车的散热表现能力是否满足整车热管理属性目标签发要求；
如前所述，步骤S3中计算得到了散热器水回路的真实水流量和散热量，而整车车速可以准确测量，中冷器的增压压力和增压空气流量可以通过自身内置的传感器准确测量获得，增压后的气温可以通过增加一个细小热电偶温度传感器探头来准确测量获得，冷凝器的散热量可以通过相关的台架性能评估出较准确数值。因此，进行整车热管理仿真分析的必要关键输入数据都可以准确获取，从而可以进行整车热管理仿真分析，以考核整车的散热表现能力是否满足整车热管理属性目标签发要求。
综上，本发明提供一种热管理试验散热器水流量测试分析方法，通过分别进行同一预设工况下的安装流量传感器的热管理测试试验和不安装流量传感器的热管理测试试验，由于相同工况下散热器的散热量相同，从而对相关数据进行分析，可推导出整车散热器水回路的真实流量大小，避免了安装流量传感器对水回路流量大小的影响，由于能够获取到不安装流量传感器的整车散热器水回路的流量大小，使得得到的散热器水回路水流量与散热器在整车上没有安装流量传感器的情况相一致，即：获得了整车上散热器水回路的真实流量大小，从而保证了热管理仿真分析的仿真结果精度。
实施例2
请参阅图2，本发明实施例提供一种热管理试验散热器水流量测试分析系统，具体包括：
第一热管理测试模块，用于在散热器的进水口或出水口处安装水流量传感器，并在散热器的进水口和出水口处分别安装温度计，控制整车以预设工况运行，进行第一次热管理测试试验，散热器达到热平衡后终止试验，读取水流量传感器和温度计的读数；
第二热管理测试模块，用于只在散热器的进水口和出水口分别安装温度计，控制整车再次以所述预设工况运行，进行第二次热管理测试试验，散热器达到热平衡后终止试验，读取温度计的读数；
计算模块，用于根据第一次热管理测试试验的水流量传感器和温度计的读数以及第二次热管理测试试验的温度计的读数，计算得到该预设工况下散热器水回路的真实水流量。
热管理仿真分析模块，用于将散热器水回路的真实水流量作为整车热管理仿真分析试验的边界条件，进行整车热管理仿真分析，以考核整车的散热表现能力是否满足整车热管理属性目标签发要求。
可选地，所述第一热管理测试模块包括：
第一安装单元，用于将散热器进水口或者出水口与水管断开，并在断开处插入水流量传感器，所述水流量传感器的直通两端口分别连接散热器和水管，水流量传感器的垂直端口连接流量数据采集设备，以直接测量预设工况下热平衡时的水流量大小；
第二安装单元，用于在散热器的进水口和出水口各布置一个热电偶探头，以直接测量预设工况下热平衡时进水温度和出水温度/>。
可选地，所述第二热管理测试模块包括：
第三安装单元，用于将散热器的进水口和出水口与水管断开，并在散热器的进水口和出水口各布置一个热电偶探头，以直接测量预设工况下热平衡时进水温度和出水温度/>。
可选地，所述计算模块具体用于：
计算第一次热管理测试试验对应的散热器散热量，
，其中Density为冷却液的密度、HeatCapacity为冷却液比热容物性参数；
计算第二次热管理测试试验对应的散热器散热量，，其中Density为冷却液的密度、HeatCapacity为冷却液比热容物性参数，其中/>为散热器水回路的真实水流量；
基于同一预设工况下散热器的散热量相同，则散热器水回路的真实水流量为：
。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对发明的限制。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。
显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或者特性可以包含在本实施例申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或是备选的实施例。本领域技术人员可以显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。
Claims (4)
1.一种热管理试验散热器水流量测试分析方法，其特征在于，具体包括：
在散热器的进水口或出水口处安装水流量传感器，并在散热器的进水口和出水口处分别安装温度计，控制整车以预设工况运行，进行第一次热管理测试试验，散热器达到热平衡后终止试验，读取水流量传感器和温度计的读数；
只在散热器的进水口和出水口分别安装温度计，控制整车再次以所述预设工况运行，进行第二次热管理测试试验，散热器达到热平衡后终止试验，读取温度计的读数；
根据第一次热管理测试试验的水流量传感器和温度计的读数以及第二次热管理测试试验的温度计的读数，计算得到该预设工况下散热器水回路的真实水流量；
所述在散热器的进水口或出水口处安装水流量传感器，并在散热器的进水口和出水口处分别安装温度计的步骤具体包括：
将散热器进水口或者出水口与水管断开，并在断开处插入水流量传感器，所述水流量传感器的直通两端口分别连接散热器和水管，水流量传感器的垂直端口连接流量数据采集设备，以直接测量预设工况下热平衡时的水流量大小；
并在散热器的进水口和出水口各布置一个热电偶探头，以直接测量预设工况下热平衡时进水温度和出水温度/>；
所述只在散热器的进水口和出水口分别安装温度计的步骤具体包括：
将散热器的进水口和出水口与水管断开，并在散热器的进水口和出水口各布置一个热电偶探头，以直接测量预设工况下热平衡时进水温度和出水温度/>；
所述根据第一次热管理测试试验的水流量传感器和温度计的读数以及第二次热管理测试试验的温度计的读数，计算得到该预设工况下散热器水回路的真实水流量的步骤具体包括：
计算第一次热管理测试试验对应的散热器散热量，，其中Density为冷却液的密度、HeatCapacity为冷却液比热容物性参数；
计算第二次热管理测试试验对应的散热器散热量，，其中Density为冷却液的密度、HeatCapacity为冷却液比热容物性参数，其中/>为散热器水回路的真实水流量；
基于同一预设工况下散热器的散热量相同，则散热器水回路的真实水流量为：
。
2.根据权利要求1所述的一种热管理试验散热器水流量测试分析方法，其特征在于，所述计算得到该预设工况下散热器水回路的真实水流量的步骤之后包括：
将散热器水回路的真实水流量作为整车热管理仿真分析试验的边界条件，进行整车热管理仿真分析，以考核整车的散热表现能力是否满足整车热管理属性目标签发要求。
3.一种热管理试验散热器水流量测试分析系统，其特征在于，具体包括：
第一热管理测试模块，用于在散热器的进水口或出水口处安装水流量传感器，并在散热器的进水口和出水口处分别安装温度计，控制整车以预设工况运行，进行第一次热管理测试试验，散热器达到热平衡后终止试验，读取水流量传感器和温度计的读数；
第二热管理测试模块，用于只在散热器的进水口和出水口分别安装温度计，控制整车再次以所述预设工况运行，进行第二次热管理测试试验，散热器达到热平衡后终止试验，读取温度计的读数；
计算模块，用于根据第一次热管理测试试验的水流量传感器和温度计的读数以及第二次热管理测试试验的温度计的读数，计算得到该预设工况下散热器水回路的真实水流量；
所述第一热管理测试模块包括：
第一安装单元，用于将散热器进水口或者出水口与水管断开，并在断开处插入水流量传感器，所述水流量传感器的直通两端口分别连接散热器和水管，水流量传感器的垂直端口连接流量数据采集设备，以直接测量预设工况下热平衡时的水流量大小；
第二安装单元，用于在散热器的进水口和出水口各布置一个热电偶探头，以直接测量预设工况下热平衡时进水温度和出水温度/>；
所述第二热管理测试模块包括：
第三安装单元，用于将散热器的进水口和出水口与水管断开，并在散热器的进水口和出水口各布置一个热电偶探头，以直接测量预设工况下热平衡时进水温度和出水温度/>；
所述计算模块具体用于：
计算第一次热管理测试试验对应的散热器散热量，，其中Density为冷却液的密度、HeatCapacity为冷却液比热容物性参数；
计算第二次热管理测试试验对应的散热器散热量，，其中Density为冷却液的密度、HeatCapacity为冷却液比热容物性参数，其中/>为散热器水回路的真实水流量；
基于同一预设工况下散热器的散热量相同，则散热器水回路的真实水流量为：
。
4.根据权利要求3所述的一种热管理试验散热器水流量测试分析系统，其特征在于，所述计算模块之后包括：
热管理仿真分析模块，用于将散热器水回路的真实水流量作为整车热管理仿真分析试验的边界条件，进行整车热管理仿真分析，以考核整车的散热表现能力是否满足整车热管理属性目标签发要求。
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