张冰　李承国　王超

摘 要：汽车发动机需要冷却系统散热来保持其在正常的工作温度，汽车散热器和中冷器散热性能的水平直接影响发动机燃烧充分性，决定了燃油消耗排放指数和，严重影响发动机的使用寿命。因此，散热器和中冷器散热性能平衡至关重要。如何模拟汽车发动机实际工作状态对散热器和中冷器进行准确的性能测试是汽车散热器和中冷器研究的重要内容。本文通过对散热器和中冷器性能测试系统结构、原理和测试方法的研究介绍，形成了散热器与中冷器独立和组合测试的测试系统以及测试方案，测试结果在行业台架测试现有水平下最接近于整车状态，处于行业领先水平。

关键词：散热器 中冷器 性能 系统

Car Radiator and Intercooler Performance Test System and Method

Zhang Bing，Li Chengguo，Wang Chao

Abstract：Automobile engines need cooling system heat to keep it at normal operating temperature. The level of heat dissipation performance of automobile radiators and intercoolers directly affects the adequacy of engine combustion， determines the fuel consumption and emission index， and seriously affects the service life of the engine. Therefore， the balance between the heat dissipation and the heat dissipation performance of the intercooler is very important. How to simulate the actual working state of automobile engine to carry out accurate performance test of radiator and intercooler is an important content of the research of automobile radiator and intercooler. Through the research and introduction of the structure， principle and test method of the radiator and intercooler performance test system， this paper has formed a test system and test plan for the independent and combined test of the radiator and intercooler. The test results are tested on the industry bench. The level is closest to the state of the whole vehicle， and it is at the leading level in the industry.

Key words：radiator， intercooler， performance， system

1 引言

1.1 汽車散热器和中冷器换热原理

汽车散热器换热途径为：发动机燃烧产生的热量通过发动机缸套传递给缸套里面的防冻液，高温防冻液通过冷却系统水泵和管路循环传递给散热器，散热器把防冻液的热量通过芯体传递给空气，换热处于热平衡状态，通过热平衡保持发动机在需求的温度下持续工作。

汽车中冷器换热途径为：通过增压器增压后的高温压缩空气通过冷却系统管路循环传递给中冷器，中冷器把高温压缩空气的热量通过芯体传递给空气，换热处于热平衡状态，保持发动机在需求的温度下持续工作。

1.2 汽车散热器和中冷器行业散热性能测试背景

当前涉及汽车散热器、中冷器的国家级标准有：《汽车、拖拉机散热器风筒试验方法《JB/T 2293-1978》》（第一机械工业部部标准）、《中冷器中国兵器工业总公司部标准-装甲车辆柴油机中冷器规范《WJ 2429-1997》》。两标准中关于散热器、中冷器的性能试验是独立完成的。目前国标中还没出现将散热器、中冷器组合试验的试验装置和试验方法，散热器、中冷器等汽车零部件组成的冷却模块组合试验是急需突破和研究的方向。

专利号CN 104458280 A提出了一种关于汽车散热器、中冷器等冷却模块组合试验的实验装置及实验方法，专利中包含一台水平轴连续吸气式风洞实验装置，风洞由两个锥形筒对接后焊接而成，两个锥形筒大小相同，外形是两端小中间大的锥形体，实验中模拟装车状态在风洞过渡段自左至右依次是散热器、中冷器组成的冷却模块;散热器单体装配有进、出水管，尽可能的保留实际装车状态;中冷器单体装配有进、出气管，亦尽可能的保留实际装车状态;进、出水管和进、出气管处安置温度、压力传感器，实时监测实验进程中的温度和压力变化。上述风洞实验台，可独自进行单体性能试验，亦可对冷却模块进行模拟试验。

但是在上述试验方案中，对换热器单体的测试中，并没有涉及散热器水阻和中冷器气阻的监测，没有建立完整的水路和气路循环系统，上述方案中并没有涉及散热器水阻和中冷器气阻的测试装置及验证方法，所以专利中提及试验方式和试验方法获得的试验数据可能会存在精确度不高的问题。

2 主要内容

2.1 测试系统研究目的

本文提供了一种汽车散热器、中冷器散热性能的测试方法，解决当前试验过程中监测不全面、测试精确度不高的问题。

2.2 测试系统主要结构

汽车散热器和中冷器散热性能测试系统及方法，属于汽车散热性能测试领域，要解决的技术问题为现有测试过程中测试不全面、测试精确度不高。其结构包括风洞，进风筒分为具有集流作用的进风端部及具有稳流作用的出风端部;出风筒为具有稳流作用的出风筒;进风筒的出风端部上安装有风速测量装置、进风温度检测器和风阻测量器，出风筒上安装有风阻测量器、出风温度检测器和风机;进气管、出气管、进水管和出水管上均连接有测压管，进气管上还连通有空气压缩加热装置，进水管和出水管之间连通有热介质循环装置。汽车散热性能测试方法包括对水冷式散热件和气冷式散热件单独进行性能测试，以及对水冷式散热件和气冷式散热件整体进行性能测试。

2.3 测试系统工作原理

测试系统模式散热器和中冷器在整车中工作状态，通过冷风供应系统、高温压缩空气供应系统和高温防冻液供应系统，采用吸热侧和放热侧平衡的采集计算方式，测量和记录散热器和中冷器散热性能。

2.3.1 水冷式散热件的热平衡判定标准

计算水冷式散热件的热平衡误差计算公式为：，水冷式散热件的热平衡误差小于等5%时判定满足热平衡，其中，Qw为水冷式散热件放热量，Qa为空气的吸热量。

2.3.2 气冷式散热件的热平衡判定标准

计算气冷式散热件的热平衡误差计算公式为：，气冷式散热件的热平衡误差小于等于5%时判定满足热平衡，其中，QA为气冷式散热件放热量，Qa为空气的吸热量。

2.3.3 水冷式散热件和气冷式散热件组合热平衡判定标准

计算水冷式散热件和气冷式散热件整体的总热平衡误差计算公式为：，水冷式散热件和气冷式散热件整体的总热平衡误差小于等于5%时判定满足热平衡，其中，Qw为水冷式散热件放热量，QA为气冷式散热件放热量，Qa为空气的吸热量;

2.4 测试系统测试方法

2.4.1 实验通用要求

（1）试验在常温下进行，试验前后时间内进风温度波动不得超过±5℃。

（2）试验前应检查水冷式散热件13上下水室、循环水路及水冷式散热件13与气冷式散热件6与左端的进风筒1和右端的出风筒31的衔接处不得漏水、漏气。

（3）试验前应检查测试气冷式散热件6的连接可靠性，保证在试验允许的压力、温度下不出现漏气、爆管现象。

（4）试验前开启水侧加热装置、热水泵27、风机26，并调节风速、水流量，待进水温度达到规定值时，排除水路中的气体，待工况稳定后，再逐一开启热侧装置，直至达到试验工况测试条件开始试验。

（5）测量参数包括：水冷式散热件13的水侧水流量、水侧进口温度、水侧出口温度、水侧进出口温度差、水侧进口水阻压力、水侧出口水阻压力和水侧进出口水阻压力差及气冷式散热件6的热侧空气流量、热侧进口压力、热侧出口压力、热侧进出口压力差、进口温度、出口温度和进出口温度差以及冷侧空气入口环境相对湿度、冷侧空气入口环境大气压力、冷侧空气入口环境温度、冷侧空气进口温度、冷侧空气出口温度、冷侧空气进出口压力差和通过风速测量装置3测得的风速。

2.4.2 单独对水冷式散热件13进行测试时

（1）試验工况的基本固定包括：上述测试过程中，试验工况的基本规定包括：确定水冷式散热件13实际应用最大的水侧水流量，在水冷式散热件13实际应用最大的水侧水流量范围内选取3个水侧水流量工况点。

（2）水冷式散热件13的水流阻力测试条件包括：依次变更上述水侧水流量工况点，测取各水侧水流量工况点的水侧进出口水阻压力差。

（3）热平衡判定标准包括：计算水冷式散热件13的热平衡误差计算公式为：，水冷式散热件13的热平衡误差小于等5%时判定满足热平衡，其中，Qw为水冷式散热件13放热量，Qa为空气的吸热量。

2.4.3 单独对气冷式散热件6进行测试时

（1）试验工况的基本规定包括：确定气冷式散热件6实际应用的热侧空气流量、热侧进口压力和进口温度，在气冷式散热件6实际应用的热侧空气流量、热侧进口压力和进口温度范围内组合出至少两个热侧空气流量、热侧进口压力和进口温度对应搭配的工况点。

（2）气冷式散热件6的热侧空气阻力测试条件包括：依次变更热侧空气流量和进口温度，测取各热侧空气流量和进口温度工况点下的热侧进出口压力差。

（3）热平衡判定标准包括：计算气冷式散热件6的热平衡误差计算公式为：，气冷式散热件6的热平衡误差小于等于5%时判定满足热平衡，其中，QA为气冷式散热件6放热量，Qa为空气的吸热量。

2.4.4 对水冷式散热件13和气冷式散热件6整体进行性能测时

2.4.4.1 试验工况的基本规定包括：

（1）水冷式散热件13的液-气温差为60°，气冷式散热件6的气-气温差120°，液-气温差和气-气温差的变动范围为±5℃;液-气温差为水冷式散热件13进水温度与水冷式散热件13冷侧进风温度之差;气-气温差：气冷式散热件6热侧进口空气温度与气冷式散热件6冷侧进风温度之差;冷侧为水冷式散热件13或气冷式散热件6与冷却介质接触的表面。

（2）确定水冷式散热件13实际应用最大水侧水流量，在水冷式散热件13实际应用最大水侧水流量范围内选取3个水流量工况点。

（3）确定气冷式散热件6实际应用的热侧空气流量、热侧进口压力和进口温度，在气冷式散热件6实际应用的热侧空气流量、热侧进口压力和进口温度范围内组合出至少两个热侧空气流量、热侧进口压力和进口温度对应搭配的空气流量工况点。

（4）选取五个风速测量装置3测量的风量工况点，分别为2M/S、4M/S、6 M/S、8 M/S、10 M/S和12 M/S。

（5）试验时，先调整风量，再调整水冷式散热件13的一个水流量工况点，待水冷式散热件13工况稳定3～5分钟后，最后调整气冷式散热件6的热侧空气流量、热侧进口压力和进口温度，稳定3～5分钟后，测试水冷式散热件13和气冷式散热件6的测试参数，进行热平衡判定和测量结果偏差的判定。

（6）变更试验工况的优先顺序为：气冷式散热件6的热侧进口压力和热侧空气流量为第一优先，水冷式散热件13的水侧水流量为第二优先，风速测量装置3测量的的风量为第三优先。

2.4.4.2 测试条件包括：

（1）进行水冷式散热件13的水流阻力测试时：依次变更上述水侧水流量工况点，测取各水侧水流量工况点的水侧进出口水阻压力差。

（2）进行气冷式散热件6的热侧空气阻力测试时，依次变更热侧空气流量和进口温度，测取各热侧空气流量和进口温度工况点下的热侧进出口压力差。

（3）热平衡判定标准包括。

（A）热平衡判定：计算水冷式散热件13和气冷式散热件6整体的总热平衡误差计算公式为：，水冷式散热件13和气冷式散热件6整体的总热平衡误差小于等于5%时判定满足热平衡，其中，Qw为水冷式散热件13放热量，QA为气冷式散热件6放热量，Qa为空气的吸热量;

（B）测试偏差的判定：在同一工况下，水冷式散热件13和气冷式散热件6整体的散热量小于或等于水冷式散热件13单独测试的散热量，气冷式散热件6组合实验的散热量小于或等于气冷式散热件6单独测试的散热量。

3 结论

3.1 汽车散热器与中冷器性能测试系统和方法的总体优点

对散热器和中冷器的单独测试中，实现了对散热器的水阻和中冷器的气阻进行测试，且具体明确了测试装置及方法，重复性和再现性高，同时实现了散热器和中冷器独立测试和组合测试的综合性能测试能力，如：水冷式散热件单独进行散热性能测试和水流阻力测试，或单独对气冷式散热件进行散热性能测试和热侧空气阻力测试，或对水冷式散热件和气冷式散热件整体性能测试。

此汽车散热器和中冷器散热性能测试系统及方法具有以下优点：

（1）可对水冷式散热件和气冷式散热件单独进行性能测试，对水冷式散热件的性能测试包括散热性能测试和水流阻力测试，对气冷式散热件的性能测试包括散热性能测试和热侧空气阻力测试，也可对水冷式散热件和氣冷式散热件整体进行组合测试，且在实验过程中各工况点可人为控制。

（2）进风筒的进风端部为双扭曲线状，从而风可平直进入进风筒内，不会产生涡流现象，使风场更加均匀、稳定。

（3）在进风筒和出风筒之间设置有扩散过渡段和收敛过渡段，扩散过渡段和收敛过渡段配合可用于固定不同型号的散热器和中冷器，增加了该性能测试系统的应用范围。

（4）风机为可调节风速的风机，便于试验过程中风量的调节。

（5）在出风筒和风机之间连接有柔性连接管，可减轻风机振动，使得出风筒内风平直、稳定。

（6）通过毕托管装置进行风速测量，且毕托管装置中的毕托管测压传感器位于进风筒的出风端部的中心处、与气流方向的偏斜角为0～5°，便于精确测得进风筒的出风端部内风速，减少了试验误差。

（7）进水测压管、出水测压管、进气测压管以及出气测压管均垂直插入与其对应的管壁内，增加了试验数据的精确度。

（8）进水管、出水管、进气管以及出气管内的温度检测器的感温头均位于其管腔内部的中心处，进风筒内安装有多个分散分布的进风温度检测器，出风筒内安装有多个分散分布的出风温度检测器，试验过程中温度数据的准确性和精确度。

参考文献：

[1]张志建.汽车、拖拉机散热器风筒试验方法《JB/T 2293-1978》.桂林：广西师范大学出版社，1989.

[2]中冷器中国兵器工业总公司部标准- 装甲车辆柴油机中冷器规范《WJ 2429-1997》.CN 104458280 A的中国专利.

[3]汽车散热器QC/T468-2010.内燃机增压空气冷却器技术条件GB/T23338-2018.