热管中冷器的传热与阻力特性探讨

陈启安

摘要：为了研讨热管中冷器的传热与阻力特性特点，文章结合实际从热管中冷器的工作原理出发，在分析热管中冷器传热效能与阻力特性实验基础上，对热管中冷器的传热与阻力特性研究内容进行全面的研究，希望通过分析后能够给相关工作人员提供一些参考。

关键词：热管中冷器；传热；阻力；特性

0前言

汽车在形式的过程中，会通过发动机逐渐的增压来实现道路的行驶，在长期的行驶过程中，因为发动机内部会产生过高的温度，最高可以达到200℃，此时必须要通过进行外部的冷却处理来有效的降低发动机的问题。伴随着重力热管技术逐渐的应用到发动机冷却系统中，技术的研发和进步使得热管中冷器这种先进的设备逐渐的使用到发动机系统中，也是很多汽车制造企业的首选方式，该技术还能够有效的改善尾气环境，具备较高的环境综合效益。在新时代发展的背景之下，科学技术有了很大的提升，热管中冷器技术也得到了很大的提升，经过技术人员深入的研究传热与阻力等影响因素之后，已经逐步的研发出新型的汽车发动起冷却效能理论。下面将主要针对当前的热管中冷器的工作原理以及冷却效果展开分析，希望可以促进该领域的发展，以改善汽车的综合性能。

1热管中冷器的工作原理

热管中冷器主要就是进行冷却高温空气的热管中冷器装置，其具体的工作原理就是利用水来进行系统的降温，可以将发动机在工作中的热量进行完全的吸收，从而可以帮助机体结构的散热。科学技术的发展和进步，技术人员在研发中发现，热管中冷器的选材阻力是影响其冷却效果的关键性因素，在经过了材料的综合分析之后，热管中冷器的综合性能得到了很大的提升，对于发动机冷却技术的改造有着重大的影响。

2热管中冷器传热效能与阻力特性实验

伴随着人们在进行热管中冷器传热效果与阻力之间存在关系的不断深入研究，导致热管中冷器工作效果比较低、传热阻力比较大的主要因素就是传热其的工作结构与制作材料。时代的发展与科学技术的进步之下，该领域的工程技术人员进行流体力学（CFD）软件热管换热器参数的有效分析与模拟，进而可以确定其传热性能就成为了工程领域技术人员的研究重点。在试验开始之前，其总体的设想即为：设计1个热管式中冷器装置，主要是用来在管翘式中冷器串联冷却高温之后的空气增压，在风洞试验台上，可以逐渐的分析对于冷器的散热分析，然后就是总结出其散热的效果。在实验中，主要就是分析冷却空气的流速、冷热侧空气紧扣温差以及热侧空气流速等性能参数，进而可以得出冷却效果与阻力特性之间所存在的具体关系。

2.1实验准备阶段

根据实验方案的需要，本次实验中总共需要有3排热管错列布置，共41根铜铝复合热管，主要的使用介质为蒸馏水，热管蒸发长度为5mm，热冷凝段长度为5mm，隔板部分长度5mm，热管总长200mm。

2.2实验阶段

热管冷却器传热性能与阻力特性存在明确的关系，但是在实验中还需要根据实验要求以及具体的工艺操作来进行，具体的实验步骤详细如下所示：

①热侧空气进出口温度检测。在温度测量阶段，需要安装热电偶来进行，此时可以根据需要设置3个热电偶，出口位置上需要安装有15个热电偶，在进行准确测量热电偶的参数之后，可以进行顺序的几何，并且可以将出口与进口位置上的热电偶参数进行统计分析，然后求解出平均值，必须将温度参数精确到0.1℃。对于热侧空气的温度进行采集的过程中，应该使用PT100铂电阻来进行，并且应该选择多次检测的方式，将所有的结果进行数据的平均计算，温度值需要精确到0.1℃。

②冷、热侧的出口压差参数在测量确定的过程中，需要选择测控测试的方式来进行。在进行构件试验的过程中，需要在该试件中的前、后两个位置上都应该开出6个测压孔，从而可以准确的测量各个出口位置的管道压差参数值。在开孔测量的过程中，应该确保开孔的间隔距离完全相同。在进行数据测量的过程中，需要严格的按照要求操作原则，对热管中冷器的温度和测量方式进行严格的操作，值得注意的是在操作的过程中，需要对12个测量孔在相同压强之下都要进行3次以上的测量，这样就能够明确的确定前后构件的位置，然后就能够准确的确定进出口位置的压强参数，测试人员要进行准确的数据记录，为试验结果的确定提供基础条件

③在进行温度与压强参数确定的过程中，应该需要对各个进出口、热空气单位时间内的数据进行测量，其主要针对的是喷嘴组测试方式。在选择喷嘴的过程中，首先就应该考虑到其要符合GB/T2624的标准，喷嘴前侧空气压力的确定选择使用精度为0.4%的传感器来进行，其压差精度为0.25%，值得注意的是在精度控制上需要组好相关的把握，避免出现误差的情况出现，以免导致数据缺失问题发生。

④数据采集与计算。在完成了上述的操作步骤之后，应该立即进行所有数据的归纳和总计，可以选择列举表格的方式来进行，此时应该重点分析构件结构中的冷、热空气温度参数值，同时也要对压力、单位时间内的流量做出明确的分类和统计，然后就是设置统一的单位符号确定，然后才能进行所有数据的统计和分析。在实践的过程中，需要严格的按照要求原则，在将所有的数据整理归纳完成之后，将其信息直接编辑成为信号，并且利用RS-121总线传播到上位计算机中来实施公式化的计算确定。

⑤总结实验结果，对实验进行反思。从上述实验数据的统计分析可以发现，在实验过程中，其构件的冷侧进口的温度为25℃时，热侧的空气流量数据为460kg/h。

3冷侧空气流速和热侧空气温度对散热量的影响

从图1中分析可以发现，冷侧空气进口位置的温度为25℃，热侧空气流量达到了４６０ｋｇ／ｈ，热侧空气不同位置进口温度（１０８、１２８、１４８、１６８、１８８℃）时能够冷管散热其可以伴随着空气流速v的增大而变化的曲线．

图1中也能发现，在冷热侧空气进口温度保持恒定的情况下，热管内冷器散热量伴随着冷侧流速的增大而呈现出非线性增加的情况，此时的冷侧空气流量比较大，热管一侧的热阻降低，热管中的冷器总换热系数也会出现先上升后缓和的趋势，与总散热量保持同样的区域。在标准工作条件下（热侧进口温度１４８℃，冷侧空气流速为１２ｍ／ｓ）下，热管内冷器散热功率为５１００Ｗ．冷侧空气中流速保持不变的情况下，热管内的散热量也会伴随着热侧空气的温度升高而增加．

从图1可知，实验参数以Ｂｒｉｇｇｓ公式中计算得到不同热侧空气内进口温度也会随着冷侧空气流速变化而变化，但是二者的数据偏差比较大，此时的计算数据比实测数据要大，这是因为气流到翅片对流换热中的Ｎｕ数预估偏差而造成的，气侧传热系数也会直接影响总传热系数.

图1冷侧空气流速对散热量的影响

4结论

（１）对于冷热管内的中冷器的工况变化情况来分析，可以准确的计算出冷侧空气的流速、热侧空气进口温度以及空气流量等参数，从而可以总结出热管结构中的传热与阻力的特性。从实验数据分析可以发现，热管中冷器最为明显的特点就是散热效果良好，可以满足发动机在工作过程中所进行的热量散失要求。

（２）利用Ｒｏｂｉｎｓｏｎ和Ｂｒｉｇｇｓ模型来进行全面的数据分析，从而可以准确的计算出设备的散热量与压力降是可行的，整体的变化趋势也是符合要求，可以为后续的产品设计提供良好的技术支撑。

（３）热管中冷器应用到汽车中的增压中冷系统中是可以满足工作需要的，同时还能够有效的降低设备中的热负荷性能，并且可以在前端冷却模块中保持着较大的空间，满足了车辆行驶安全性的需要。

（４）在热管中冷器的应用实践中，应该综合分析其在于不同热侧空气流量条件之下的蒸发与冷凝部分的长度比，同时还应该考虑到在工作中所选择的最佳工作介质等条件，该方面的研究还处于初期阶段，在未来发展中还需要针对该方面展开更加深入的研究，以实现技术的突破，满足科学技术的发展。

参考文献：

[1]李国祥,李娜,张锡朝.气-气中冷器内湍流特征的试验研究[J].内燃机工程.2002(05)

[2]П.В.Иванов,陈方昌.柴油机中冷器的工程计算法[J].国外内燃机车.1989(05)

[3]韦彩玲.热管中冷器的传热与阻力特性[J].科技与创新.2014(14)

[4]方祖华,张建华,侯树荣,孙济美.空-空中冷器特性的研究[J].车用发动机.1997(04)

[5]王玉端,齐放,俞小莉,夏立峰,蒋平灶.内燃机水空中冷器传热性能及阻力特性测试系统[J].铁道机车车辆.2003(S1)