汽车水箱热交换器性能测试与评价方法研究

季奕寅

 摘要：本文针对汽车水箱热交换器的性能测试与评价方法进行了研究。概述了汽车水箱热交换器的基本功能和重要性。详细介绍了性能测试方法，包括测试参数的确定、测试装置的构建以及实验方法的实施。阐述了测试数据的采集和分析过程，确保了测试结果的准确性和可靠性。在性能评价方面，提出了热传递性能和流动性能的评价指标，介绍了相应的测试方法。

关键词：汽车水箱热交换器；性能测试；性能评价

引言

汽车水箱热交换器是汽车冷却系统的关键组成部分，其性能直接影响到汽车的冷却效率和发动机的稳定性。随着汽车工业的快速发展，对汽车水箱热交换器的性能要求越来越高。因此，开展汽车水箱热交换器的性能测试与评价方法研究具有重要的理论和实际意义。

1. 汽车水箱热交换器概述

汽车水箱热交换器作为汽车冷却系统中的关键部件担负着调整发动机温度和使发动机处于最佳工况下的重任。其利用循环冷却液从发动机中吸热，借助外界空气进行散热，有效地避免了发动机温度过高，保障了车辆的安全和高效行驶。汽车水箱一般都是采用金属或者塑料制作而成，其内部结构被设计成一系列管道以及散热片来增大流动冷却液比表面积并加速热量传递。现代汽车设计对水箱热交换器的要求除了冷却效率外，还必须兼顾轻量化，节能减排和对复杂路况适应能力。随着科技进步，市场上已经涌现出各种不同类型的水箱热交换器，例如铝质水箱和塑料水箱等，这些设备在散热效能、抗腐蚀能力、重量以及成本等多个方面都有各自的优点。为了满足各种驾驶环境下的冷却需求，现代汽车的水箱热交换器通常都会配备温度传感器、电子控制单元等智能控制组件，本实用新型能够根据发动机运行情况自动调节冷却液流量及散热风扇转速，实现更准确，更有效地温度控制。

2. 汽车水箱热交换器性能测试方法

2.1 测试参数的确定

汽车水箱热交换器性能测试对于评价其冷却效率及工作可靠性至关重要，它涉及到诸多测试参数，从而保证对热交换器性能进行综合评价。问题的提出温度差为测试的基本参数，它由进出口冷却液温度差值、冷却液和环境空气温度差值等组成，直接体现热交换器散热能力。冷却液流量同样至关重要，因其影响热量传递效率，一般需借助实验室流量计准确计量。在评价热交换效率时需要考虑热交换器压力损失问题，也就是冷却液流通过热交换器前与热交换器后的压力差异问题，它与整个冷却系统能耗及散热性能密切相关。要对热交换器进行综合性能评价，还要对环境温度，湿度及其它参数进行测量，这是因为这些外界条件对散热效果都有一定影响。当测试参数确定后，要综合考虑热交换器材料热导率，散热片布置方式及大小，因其影响热交换效率。开展汽车水箱热交换器性能试验，不但要有上述所述基本参数，而且还应包括模拟真实工况热交换器性能试验，例如模拟出不同行驶速度时风速对于热交换性能之影响及不同外界温度与湿度时之工作表现。长期稳定性及耐久性测试是评价热交换器性能好坏的一个很重要的方面，它要求通过长期持续的工作来测试热交换器在使用过程中结构有无变形，材料有无老化及性能有无随着时间而下降等问题。

2.2 测试装置及实验方法

汽车水箱热交换器性能试验装置一般由热负载模拟系统，流量控制系统，温度控制系统和数据采集与分析系统等组成。试验方法包括：在测试台上设置热交换器，利用热负载模拟系统模拟发动机发热。该系统能够利用电加热器，燃烧器或者热油循环产生特定热负荷。流量控制系统被设计来模仿汽车冷却系统中冷却液的真实流动速度，以确保能够准确地控制和测定冷却液在热交换器中的流量。所述温度控制系统由若干温度传感器及风扇组成，用以模拟各种运行环境并对热交换器进出口温度及环境温度进行控制与测量。试验时通过对上述系统的调整可模拟各种工况来评价热交换器在多种工况下的工作特性。该实验方法也包括测试热交换器在连续运行中的长期性能稳定性及耐久性。

2.3 测试数据的采集和分析

测试数据采集由连接在测试装置上的传感器及数据采集系统来实现，它们能够对冷却液流速，温度等参数进行实时监控及记录、压力及其他关键参数还对空气温度、湿度等环境条件进行了监控。数据采集系统一般由数据记录器、计算机软件等组成，能自动地记录并保存试验中所有的重要数据。所收集的资料需经过详细的分析才能对热交换器性能作出评价。分析过程主要包括热交换效率，压力损失和冷却系统整体性能指标的计算。这些分析一般都是由专用软件进行，能够对海量数据进行处理，并且将测试结果用图表和曲线直观地显示出来。除性能分析外，对数据进行统计处理可以揭示热交换器不同工况下的性能，并确定可能存在的性能瓶颈及故障点。对于长期稳定性和耐久性的分析，需要对长时间运行测试中收集的数据进行时间序列分析，以评估热交换器性能随时间变化的趋势，保证了其在期望使用寿命中能够保持可靠，高效。

3. 汽车水箱热交换器性能评价

3.1 热传递性能评价指标及其测试方法

汽车水箱热交换器的热传递性能评价主要依据的指标包括热交换效率、热负荷能力和热阻。热交换效率是衡量热交换器传递热量效果的重要指标，通常通过比较热交换器入口和出口冷却液的温度变化来评估。热负荷能力则反映了热交换器在单位时间内能够处理的最大热量，这与冷却液的流量和温度差直接相关。热阻则是指热量在热交换器中传递遇到的阻碍，其值越小，说明热交换性能越好。测试这些指标通常需要使用到精确的温度传感器来测量冷却液和环境空气的温度，流量计测量冷却液流量，以及压力传感器来评估冷却系统的压力损失。

3.2 流动性能评价指标及其测试方法

流动性能评价主要关注热交换器对冷却液流动的影响，主要指标包括压力损失和流动均匀性。压力损失反映了冷却液流过热交换器时所遇到的阻力大小，它直接影响冷却系统的泵功率需求和能效。流动均匀性则评估冷却液在热交换器内部的分布情况，影响热交换效率和局部过热的风险。测试这些指标需要使用流速计测量入口和出口的流速，以及差压计来测量热交换器前后的压力差。

3.3 综合性能评价方法

综合性能评价方法旨在全面考量热交换器的热传递能力和流动性能，通常采用的是效率和功耗的比值，即能效比。这一方法通过同时考虑热交换效率和系统的能耗（如泵的功耗），来评价热交换器在实际工作条件下的综合性能。测试过程中，需要综合应用上述提及的测试装置和方法，同时记录热交换器的热负荷、冷却液的流量和温度、压力损失等数据，然后计算能效比。综合性能评价还会考虑热交换器的可靠性、耐久性和经济性，包括长期运行中的性能稳定性、维护成本和初始投资成本。通过这些综合评价方法，可以全面地衡量热交换器的性能，指导设计优化，提升系统的整体性能和经济效益。

结束语

通过对汽车水箱热交换器性能测试与评价方法的研究，本文提出了一系列科学的测试和评价方法。这些方法不仅能够准确地测量热交换器的热传递和流动性能，还能够综合评价其整体性能。研究结果表明，通过这些方法可以有效地指导汽车水箱热交换器的设计和优化，提高其在实际应用中的性能和可靠性。未来，随着测试技术的不断进步和评价方法的不断完善，汽车水箱热交换器的性能测试与评价将更加精确和高效，为汽车工业的发展做出更大的贡献。

参考文献

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