中文摘要 在五年的從事通用發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)開發(fā)工作中發(fā)現(xiàn)，可靠性是保證發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)品市 場(chǎng)占有率的最重要的一個(gè)方面。統(tǒng)計(jì)多年的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和客戶質(zhì)量反饋信息，因溫 度引起的問題約占所有問題的2 3 。溫度是影響發(fā)動(dòng)機(jī)壽命和可靠性的關(guān)鍵因 素，溫度偏高會(huì)嚴(yán)重破壞各種潤(rùn)滑環(huán)節(jié)，降低各零部件的機(jī)械強(qiáng)度，增大了排放 污染物的量。雖然現(xiàn)在很多產(chǎn)品是通過模仿國(guó)外產(chǎn)品或者做一些小修改得來的， 但由于使用的材料和產(chǎn)品細(xì)節(jié)處理上的問題，現(xiàn)階段國(guó)內(nèi)通用發(fā)動(dòng)機(jī)整體溫度偏 高，火花塞( 背風(fēng)面) 最高溫度可達(dá)到2 5 0 2 8 0 ，甚至測(cè)試中還出現(xiàn)超過3 0 0 的情況，機(jī)油最高溫度也在1 3 0 一1 5 0 范圍內(nèi)。與國(guó)外同行( h o n d a 、 k 矗w a s a l ( i 、b s 、k o h l e r 等等) 相比較，我們通用發(fā)動(dòng)機(jī)的溫度控制與他們 還有一段差距。 現(xiàn)階段，國(guó)內(nèi)外通用發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)基本采用離心式強(qiáng)制風(fēng)冷結(jié)構(gòu)。本研究 通過對(duì)離心式強(qiáng)制風(fēng)冷結(jié)構(gòu)的散熱片參數(shù)、冷卻風(fēng)系統(tǒng)以及其附屬機(jī)構(gòu)調(diào)整前后 的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比，總結(jié)出通用發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方式和方法。研究主要有兩 部分，第一部分以一平板式散熱片模塊來探討導(dǎo)風(fēng)板與散熱片距離c 和散熱片 根部倒圓r 對(duì)散熱效果的影響；第二部分以一臺(tái)排量為4 5 2 c c 的垂直軸發(fā)動(dòng)機(jī) 為基礎(chǔ)機(jī)型來探討導(dǎo)流罩的布置和不同葉輪、導(dǎo)風(fēng)系統(tǒng)對(duì)散熱效果的影響。通過 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的對(duì)比，導(dǎo)風(fēng)板與散熱片距離c 主要會(huì)影響散熱片的散熱系數(shù)a 的變 化；散熱片根部倒圓r 會(huì)影響散熱片根部熱流的分布和導(dǎo)熱量值；發(fā)動(dòng)機(jī)導(dǎo)流 罩布置方式的不同會(huì)影響到氣缸沿圓周的溫度分布和均勻度；而不同葉輪、導(dǎo)風(fēng) 系統(tǒng)會(huì)直接影響到發(fā)動(dòng)機(jī)的整體溫度，包括機(jī)油溫度、缸頭溫度等。 通過本次研究的數(shù)據(jù)分析，合理的導(dǎo)風(fēng)板與散熱片距離c 、偏大的散熱片根 部倒圓r 、合理的發(fā)動(dòng)機(jī)導(dǎo)流罩的布置和合適的不同葉輪、導(dǎo)風(fēng)系統(tǒng)能有效的 降低發(fā)動(dòng)機(jī)溫度，減少氣缸沿圓周的溫度差。對(duì)提高通用發(fā)動(dòng)機(jī)可靠性具有重要 的作用。 關(guān)鍵詞：冷卻，葉輪，溫度，導(dǎo)流罩，導(dǎo)風(fēng)系統(tǒng) a bs t r a c t i nt h ef i v ey e a 硌o fd e v e l o p m e mw o r ki i i g e n e r a lf o u n di l le n g i n et e c h n ol o g y ，t h e r e l i a b i l i t yo ft h ee n g i l l em a r k 烈s h a 他i st 0e m u r et h a tt h em o s ti m p o r t 柚t 硒p e c t s s t a t i s t i c sf o rm a n yy c 盯st h eq u a l i t yo fe x p e r i m e n t a ld a t a 鋤dc u s t o 眥rf e e d b a c l ( ，t h e p r o b l e m sc a u s e db yt h et e m p e r a t u r ea b o u t2 3 o f a l li s s u e s t e m p e r a t u r ei st h ek e y t 0e n g i r l ei i f e 鋤dr e l i a b i l i t y 億c t o r s ，r i o u sd a m a g ew i l lb eav a r i e 夠o fh i g h t e m p e r a t u r e l u b r i c a t i o no fl i n l ( s ，a n d1 0 w e rm e c h a n i c a ls t r e n 酉ho ft h e p a r t s ， i i l c r e a s i i l gt h ea m o u mo fp o l l u t 跗t sd i s c h a r g e d a l t h o u g hm a n yp r o d u c t st h r o u g h t h e i m i t a t i o no ff o r e 逸np r o d u 吐so r1 1 1 ；a l ( es o m es m a l lc l l a n g e sc a nb ea c c o m p l i s h e d ，b u t t h ed e t a i l so fm a t e r i a l s 鋤dp r o d u c t su s e di 1 1h a n d l i n gt h ep r o b l e m ，a tt h i ss t a g et h e o v e r a l lt e m p e r a t u r eo ft h eh 遠(yuǎn)hd o m e s t i cg e n e m le n g i n e ，s p a r kp l u g s ( 1 e e 、a r ds i d e ) t h eh i g h e s tt e m p e r a t u r ec a nr e a c h2 5 0 2 8 0 ，a n de v e nt e s ta l s ot h ec 舔eh a v e m o r et h 鋤3 0 0 ，t h em x i m u mt e m p e r a t u r eo f t h eo i la r e1 3 0 1 5 0 啪g e w i t h f o r e i g nc o u n t e 印a r t s ( h o n d a 1 w a s a k i ，b & s ，k o h l e 凡c t c ) c o m p a r e dt 0o u r g e n e r a le n g i i l et e m p e r a t u r ec o n 仃o ia n d t h e r ei ss t i l la g a pb e 咐e e nt h e m a tt h i ss t a g e ，t h ee n g i n ec o o l i n gs y s t e mo fd o m e s t i ca n df o r e i g nc o m m o nb a s i c s t r u 髓u r ew 弛a n c o o l e dc e m r i f h g a lf o r c e t _ h ec e m r i m g a lf o r c ea i rt h r o u g ht h e s t r u 改u r co ft h eh e a ts i i l i ( p a r a m c t e r ，t h ec o o l m ga i rs y s t e ma n di t ss u b s i d i a r yb o d i e s a d j u s t 協(xié)ee x p e r i m e n t a ld a t ab c f o r ea n da r e rc o n t 瞅，c o n c i u d e dau n i v e r s a l 印p r o a c h t od e s i g nt h ee n g i n ec o o l i i l gs y s t e ma n dm e t h o d s t u d yh a st 、) v op 礬s ，t h ef i r s tp a r to f an a tp l a t eh e a ts i l l l 【m o d u l eo f t h el o u v e r sa n d 恤h e a ts 址a n d h e a ts 址舶mt h e r o o to fcro nt h ec o o ge 疵c to fr o u n d i n ge 毹c t s ；t h es e c o n dp a r to fav e r t i c a l 拙p l a c e m e n to f4 5 2 c cs h a f ie n g i i l e - b a s e dm o d e l st 0e x p i o r et h ca 玎鋤g e m e mo f t h e s h r o u da n dd i f l e r e n t i i l l p e l l e r w i n ds y s t e mc o o l i r i ge a e c t b yc o r n p a r 洫g t h e e x p l e r i m e n t a ld a t a ，t h e1 0 u v c r sa n dt h eh e a ts i n k 疔o mcm a i l l l ya f l e c t st h eh e a ts i n l ( c o e 伍c i e n t 伍c h a n g e s ；h e a ts i l 血m o t sr o u l l d i l l gt h er o o t so fr w i l la f f e c tt h eh e a ts i n k 粕dt h e r m ld i s t r i b u t i o no fh e a tf l o wv a l u e s ；e n g m es h r o u d 撇n g e m e r i td i 行b r e n t w a y sa i o n gt h ec i r c u m f c r c n c eo ft h ec y l i l l d e rw i l la f f c c tt h et e m p e r a t u r ed i s t r i b u t i o n 鋤du n i f o m i t y ；a n dd i 仃e r e n ti r n p e l l e r ，w i r l ds y s t e mw i l ld h c t l ya 虢c tt h eo v e r a u t e 呷e r a t u r c o ft h e e n g m e ，i i l c l u d 訪ge n g i i l e o i l t e m p e r a t u r e ，c y l i l l d e r h e a d t e m p e 咖r e 1 i l 】r o u 曲t h i ss t u d y ，d a t a 鋤l y s i s ，r e a s o m b l ew 訪dd e f l e c t o r 鋤dh e a ts i i l k 丘0 mc ，i s t o ol a r g eh e a ts i n kd o w nr 0 0 t sr o u n d & ar c a s o m b l el a y o u to ft h ee n g 妯es h r o u d 鋤d a p p r o p r i a t ed i 任l e r e n ti r r 畔l l e r ，w m ds y s t e mc a ne a e c t i v e i yr e d u c ee n g 灑et e m p e r a t u r e ， r c d u c et 1 1 ec y l i n d e rt e m p e r a t u r ed i f f e r e n c ea l o n gt h ec i l c u m 佗r e n c e i m p r 0 v et h e g e n e r a lr e l i a b i l i t yo f t h ee n g i r i eh a s 鋤i m p o r t a n _ tr o l e k e yw o r d s ：c o o l i n g ，i m p e l l e r ，t e m p e r a t u r e ，f l o wh o o d ，v e n t i l a t i o ns y s t e m 箍= 重緒論 第一章緒論 1 1 國(guó)內(nèi)外通用發(fā)動(dòng)機(jī)市場(chǎng)及技術(shù)現(xiàn)狀 通用汽油機(jī)使用定位是作為園林機(jī)械、小型農(nóng)用機(jī)械、建筑機(jī)械和發(fā)電機(jī)組 等的動(dòng)力部件。通用汽油機(jī)通常有水平軸系列、垂直軸系列和小型兩沖程汽油機(jī) 等幾大個(gè)系列。國(guó)際上著名通用發(fā)動(dòng)機(jī)廠商如b & s 、h o n d a 、k o h l e r 、 勛w a s a k i 等在各型號(hào)通用汽油機(jī)領(lǐng)域內(nèi)有著針鋒相對(duì)的激烈競(jìng)爭(zhēng)，各大廠商競(jìng) 爭(zhēng)核心是技術(shù)創(chuàng)新和質(zhì)量。 中國(guó)通用汽油機(jī)行業(yè)產(chǎn)品主要集中在l k w 8 k w 的各檔次二沖程、四沖程 系列產(chǎn)品上，技術(shù)上基本還處于模仿階段。盡管近年來通用汽油機(jī)行業(yè)得到長(zhǎng)足 的發(fā)展，但由于現(xiàn)實(shí)和觀念問題，我國(guó)的通用汽油機(jī)還談不上高技術(shù)，在耐久性、 穩(wěn)定性方面也還存在諸多問題。尤其是對(duì)通用發(fā)動(dòng)機(jī)的基礎(chǔ)性研究薄弱，導(dǎo)致到 現(xiàn)在還沒有形成一套自主有效的產(chǎn)品開發(fā)系統(tǒng)。 相比較來說，國(guó)外廠商各方面工作都走在前面。在售后服務(wù)方面，國(guó)外廠商 都有較完善的服務(wù)體系，能迅速有效解決客戶出現(xiàn)的問題，同時(shí)也做好質(zhì)量反饋 工作，使生產(chǎn)商能及時(shí)準(zhǔn)確得到信息。在新產(chǎn)品投放上，國(guó)外廠商基本有2 3 年的新產(chǎn)品儲(chǔ)備期，能提前為市場(chǎng)找到落腳點(diǎn)。在2 0 1 1 年，國(guó)內(nèi)各個(gè)通機(jī)生產(chǎn) 商為e p ：枷階段而大傷腦筋時(shí)，h o n d a 已經(jīng)在2 0 0 6 年推出其電控型通用發(fā)動(dòng) 機(jī)，而k o h l e r 在2 0 0 7 年前已經(jīng)推出電噴型通用發(fā)動(dòng)機(jī)和水冷式通用發(fā)動(dòng)機(jī)。 1 2 通用發(fā)動(dòng)機(jī)強(qiáng)制風(fēng)冷系統(tǒng)設(shè)計(jì)及溫度控制研究現(xiàn)狀 在國(guó)外，通用發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)廠商在發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻方面做了大量的工作，根據(jù)具體 的發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)出合適的冷卻系統(tǒng)，保證在各種情況下發(fā)動(dòng)機(jī)溫度控制在合理的范 圍內(nèi)。在滿足冷卻要求前提下，設(shè)計(jì)出降低噪聲的多組不等距葉輪。對(duì)散熱片導(dǎo) 風(fēng)系統(tǒng)也有獨(dú)到的設(shè)計(jì)和考慮。 在通用發(fā)動(dòng)機(jī)領(lǐng)域，發(fā)動(dòng)機(jī)的可靠性是保證市場(chǎng)占有率的最重要的因素之 一。多年的市場(chǎng)質(zhì)量問題分析表明，溫度是影響發(fā)動(dòng)機(jī)壽命和可靠性的關(guān)鍵因素， 溫度偏高嚴(yán)重破壞各種潤(rùn)滑環(huán)節(jié)，降低各零部件的機(jī)械強(qiáng)度，增加機(jī)油的消耗， 增大了排放污染物的量?，F(xiàn)階段國(guó)內(nèi)設(shè)計(jì)的通用發(fā)動(dòng)機(jī)整體溫度偏高，火花塞( 氣 筮二重緒論 缸頭) 最高溫度已經(jīng)達(dá)到2 5 0 2 8 0 ，甚至測(cè)試中出現(xiàn)超過3 0 0 的情況，機(jī) 油最高溫度也在1 3 0 1 5 0 范圍內(nèi)。與國(guó)外同行( h o n d a 、l 白、a s a l 【i 、b s 、 k o h l e r 等等) 相比較，國(guó)內(nèi)發(fā)動(dòng)機(jī)的溫度控制還有一段差距。 現(xiàn)階段國(guó)內(nèi)外通用發(fā)動(dòng)機(jī)，絕大部分采用離心式強(qiáng)制風(fēng)冷結(jié)構(gòu)，少數(shù)采用液 冷方式。而離心式強(qiáng)制風(fēng)冷結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵葉輪和導(dǎo)風(fēng)系統(tǒng)是企業(yè)技術(shù)層面的 瓶頸，現(xiàn)在基本處于照搬國(guó)外樣機(jī)的狀態(tài)，沒有自主的設(shè)計(jì)能力。通用發(fā)動(dòng)機(jī)冷 卻的另一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)是氣缸頭和曲軸箱體( 缸體) 各部位散熱片的布置問題，將理 論分析應(yīng)用于散熱片的布置有一定的難度，通常還是根據(jù)以往的經(jīng)驗(yàn)來確定?，F(xiàn) 在國(guó)外一些測(cè)試項(xiàng)目要求比較高，如熱室測(cè)試在環(huán)境4 0 環(huán)境下，測(cè)試 發(fā)動(dòng)機(jī)性能和溫度的變化，溫升t 要求5 1 0 0 ，不解決上述葉輪和導(dǎo)風(fēng)系統(tǒng)以 及散熱片布置等問題，國(guó)內(nèi)的通用發(fā)動(dòng)機(jī)很難達(dá)到測(cè)試要求。 1 3 本論文研究的意義 一、解決企業(yè)技術(shù)難題 通過發(fā)動(dòng)機(jī)強(qiáng)制風(fēng)冷系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和研究，解決困擾企業(yè)工程技術(shù)人員關(guān)于發(fā) 動(dòng)機(jī)溫度控制的問題，提出解決同類型問題的方法和實(shí)施步驟。 二、提高產(chǎn)品的質(zhì)量 雖然中國(guó)還不是一個(gè)生產(chǎn)強(qiáng)國(guó)，但在冶金、橡膠、注塑、模具、鑄造、沖壓、 焊接、車、鉗、銑、刨、磨以及數(shù)控柔性加工等在方面都形成了相當(dāng)強(qiáng)的生產(chǎn)能 力。在這些工業(yè)基礎(chǔ)上，利用在通用發(fā)動(dòng)機(jī)強(qiáng)制風(fēng)冷系統(tǒng)的設(shè)計(jì)成果，制造出質(zhì) 量更穩(wěn)定可靠的產(chǎn)品，提高產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。 三、形成自主產(chǎn)權(quán)的相關(guān)產(chǎn)品 利用在通用發(fā)動(dòng)機(jī)強(qiáng)制風(fēng)冷系統(tǒng)的設(shè)計(jì)成果，設(shè)計(jì)出具有自主產(chǎn)權(quán)的相關(guān)產(chǎn) 品，提高產(chǎn)品的保護(hù)力度。 1 4 本文的研究思路及方案 一、研究思路 本次研究擬解決的關(guān)鍵問題有： 散熱片形狀和尺寸參數(shù)的確定； 葉輪和導(dǎo)風(fēng)系統(tǒng)參數(shù)的確定； 箍= 重縫i 金 總結(jié)通用發(fā)動(dòng)機(jī)強(qiáng)制風(fēng)冷系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法。 根據(jù)本次研究擬解決的關(guān)鍵問題，從以下幾個(gè)方法開展研究： 1 設(shè)計(jì)理論的歸納總結(jié) 由于葉輪設(shè)計(jì)屬于離心通風(fēng)機(jī)領(lǐng)域，專業(yè)性強(qiáng)，牽涉流體力學(xué)、噪聲學(xué)等學(xué) 科知識(shí)，已掌握的基礎(chǔ)知識(shí)不能滿足實(shí)際設(shè)計(jì)需要。因此，還需要對(duì)有關(guān)專業(yè)進(jìn) 行學(xué)習(xí)和研究，掌握主要設(shè)計(jì)理論及設(shè)計(jì)參數(shù)確定方法。查閱國(guó)內(nèi)外有關(guān)方面的 論文、專著等，了解現(xiàn)階段的發(fā)展?fàn)顩r，做到設(shè)計(jì)高起點(diǎn)，高要求。 2 國(guó)外產(chǎn)品的分析研究并與設(shè)計(jì)理論相比較 由于國(guó)內(nèi)尚未形成一套自主可行的方法，通過對(duì)國(guó)外參照產(chǎn)品進(jìn)行分析研 究，增強(qiáng)對(duì)理論的理解。根據(jù)對(duì)比的情況，可以看出國(guó)外產(chǎn)品的設(shè)計(jì)思想及國(guó)內(nèi) 產(chǎn)品存在問題，例如制造問題對(duì)產(chǎn)品的影響，飛邊對(duì)氣流的影響等等。 3 自主設(shè)計(jì)產(chǎn)品的驗(yàn)證和修正 結(jié)合企業(yè)產(chǎn)品的需要，設(shè)計(jì)出自主產(chǎn)品。對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行全方面的測(cè)試，比較實(shí) 測(cè)和理論值的差別和特點(diǎn)，找出差異的具體原因，得出設(shè)計(jì)過程中的注意問題， 對(duì)前期的設(shè)計(jì)方法和方案進(jìn)行修正，使下一次設(shè)計(jì)避免這些問題的出現(xiàn)。逐步形 成自主的設(shè)計(jì)方法和流程，保障產(chǎn)品設(shè)計(jì)的合理和有效。 二、實(shí)施方案 在現(xiàn)在的有關(guān)風(fēng)冷發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)的文獻(xiàn)和資料中，主要是針對(duì)風(fēng)冷柴 油發(fā)動(dòng)機(jī)的研究和探討，而對(duì)通用發(fā)動(dòng)機(jī)強(qiáng)制冷卻系統(tǒng)的研究很少。但在多年通 用發(fā)動(dòng)機(jī)開發(fā)設(shè)計(jì)中，我深刻體會(huì)到冷卻系統(tǒng)對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)污染物排放、可靠性和 耐久性的重要性。 現(xiàn)階段，國(guó)內(nèi)外通用發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)基本采用離心式強(qiáng)制風(fēng)冷結(jié)構(gòu)，少數(shù)采 用液冷方式。本研究希望通過對(duì)離心式強(qiáng)制風(fēng)冷結(jié)構(gòu)的散熱片參數(shù)、冷卻風(fēng)系統(tǒng) 以及其附屬機(jī)構(gòu)調(diào)整前后的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比總結(jié)一些通用發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 方式和方法。研究主要有兩部分，第一部分以一平板式散熱片模塊來探討導(dǎo)風(fēng)板 與散熱片距離c 和散熱片根部倒圓r 對(duì)散熱效果的影響；第二部分以一臺(tái)排量 為4 5 2 c c 的垂直軸發(fā)動(dòng)機(jī)為基礎(chǔ)機(jī)型來探討導(dǎo)流罩的布置和不同葉輪、導(dǎo)風(fēng)系 統(tǒng)對(duì)散熱效果的影響。 最后，通過整理對(duì)比各種實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，分析其變化趨勢(shì)，找出以后有用于設(shè)計(jì) 的出發(fā)點(diǎn)和方案。 筮三童通旦筮動(dòng)扭獫塑丕筮的班究友鎏 第二章通用發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)的研究方法 2 1 通用發(fā)動(dòng)機(jī)的散熱和散熱片的研究方法 2 1 1 發(fā)動(dòng)機(jī)的散熱和散熱片 發(fā)動(dòng)機(jī)的冷卻系統(tǒng)根據(jù)使用的冷卻介質(zhì)的不同，基本分為風(fēng)冷發(fā)動(dòng)機(jī)和液冷 發(fā)動(dòng)機(jī)。由于風(fēng)冷發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、質(zhì)量輕、使用維修方便等特點(diǎn)，現(xiàn)在通用發(fā) 動(dòng)機(jī)基本采用風(fēng)冷結(jié)構(gòu)。 在風(fēng)冷發(fā)動(dòng)機(jī)中，由于氣缸內(nèi)的燃?xì)庀蛲饨缋鋮s空氣的傳熱過程是一個(gè)非常 復(fù)雜的過程，為計(jì)算方便，將這一過程分為三個(gè)步： 燃?xì)庀驓飧變?nèi)壁傳熱： 氣缸內(nèi)壁向氣缸外壁的導(dǎo)熱； 氣缸外壁向冷卻空氣的傳熱。 圖2 1 散熱過程 一、燃?xì)庀驓飧變?nèi)壁傳熱 發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸內(nèi)的傳熱是一個(gè)非常復(fù)雜的過程。在一個(gè)工程循環(huán)中氣體與氣缸 內(nèi)壁的傳熱過程存在巨大的差異。在進(jìn)氣過程中，進(jìn)入氣缸內(nèi)的可燃混合氣溫度 低于氣缸內(nèi)壁溫度，這時(shí)內(nèi)壁將向可燃混合氣傳熱，直至壓縮過程到某一點(diǎn)結(jié)束。 隨著可燃混合氣被壓縮，其溫度不斷提高，當(dāng)其溫度高于氣缸內(nèi)壁時(shí)，可燃混合 氣開始向內(nèi)壁傳熱，由于混合氣會(huì)在氣缸中運(yùn)動(dòng)，這一過程是一個(gè)復(fù)雜的對(duì)流換 熱過程。在燃燒過程中產(chǎn)生的高溫燃?xì)鈺?huì)通過對(duì)流放熱、氣體輻射和火焰輻射對(duì) 氣缸內(nèi)壁傳熱，這一個(gè)過程更為復(fù)雜。在做功( 膨脹) 和排氣過程中，燃?xì)鉁囟?較高，這兩個(gè)過程都是燃?xì)庀驓飧變?nèi)壁傳熱。 箍三童逼目發(fā)動(dòng)扭獫墊丕統(tǒng)鮑班葒左洼 氣缸內(nèi)的傳熱是對(duì)流換熱和輻射換熱的周期變化過程。這一過程中，工質(zhì)向 缸壁的放熱系數(shù)吆是評(píng)價(jià)這一個(gè)過程非常重要的指標(biāo)。放熱系數(shù)啦與工質(zhì)的運(yùn) 動(dòng)速度、壓力、溫度以及內(nèi)壁面形狀和溫度等因素有關(guān)。放熱系數(shù)可用以下 經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行近似計(jì)算： | n u s s e l t ( 努賽爾) 公式【l 】： 糾1 6 6 歷( 1 + l “晰o 4 2 l 蟬 ( 2 - 1 ) i g i a 式中p 瑚氣瞬時(shí)壓力： 卜工質(zhì)瞬時(shí)溫度； o 令卻空氣溫度： 活塞平均速度。 e i c h e l b r e g ( 艾切爾伯格) 公式f 2 】： 口g = 2 4 4 踟p 結(jié) ( 2 2 ) e i c h e l b r e g 公式與n u s s e l t 公式比較，溫度指數(shù)值增大，壓力指數(shù)值減小，而 活塞平均速度的影響用l 3 次方。該公式計(jì)算所得的結(jié)果對(duì)低速發(fā)動(dòng)機(jī)是合適的， 但對(duì)于高速發(fā)動(dòng)機(jī)就顯得偏低。由于e i c h e l b r e g 公式簡(jiǎn)便，一般適用性較好，所 以此公式還被廣泛采用。對(duì)于高速發(fā)動(dòng)機(jī)，公式中的系數(shù)可以適當(dāng)加大。 現(xiàn)在放熱系數(shù)的經(jīng)驗(yàn)公式很多，它們都各自適合所試驗(yàn)的機(jī)型，不能普 遍適用。 二、氣缸內(nèi)壁向氣缸外壁的導(dǎo)熱 氣缸內(nèi)壁向氣缸外壁的導(dǎo)熱，其方向與溫度下降的方向是一致的。假設(shè)沿氣 缸高度和圓周具有相同的溫度，則熱流具有徑向的方向。但是，溫度無論是沿高 度或沿圓周均不相等。由于這種情況，其熱流實(shí)際上不是徑向的，而是由三個(gè)分 量組成，即徑向熱流、軸向熱流和切向熱流。一般情況下，軸向熱流和切向熱流 分量相加約為徑向熱流分量的l 5 l 1 0 。因此，在大多情況下，軸向熱流和切 向熱流分量可以略去不計(jì)。 當(dāng)氣缸的外徑與內(nèi)徑之比小于2 時(shí)，則缸壁曲率的影響可以忽略不計(jì)，可以 根據(jù)平壁導(dǎo)熱公式來計(jì)算由氣缸內(nèi)壁向氣缸外壁所傳導(dǎo)的熱量【3 】： q 2 = 凡a ( f l f 2 ) 協(xié) ( 2 - 3 ) 式中扣_ 毽厚。 三、氣缸外壁向冷卻空氣的傳熱 在沒有散熱片情況下，從氣缸外壁向冷卻空氣的熱量為： 【4 】為： k 2 = t 了弓丌 ( 2 _ 6 ) 蘭絲絲絲蘭二名么名華一 三j 簍三髟 莖蓁蒸藏 。一一一 - 一一一一一。t i ， 易蕩旁旁尹藶竊芳、：乃7 刀歹萬(wàn)7 萬(wàn)力7 刃 當(dāng)冷卻空氣流過兩相鄰的散熱片時(shí)，可以看作空氣流過平板的流動(dòng)過程，見 圖2 2 。在兩相鄰的散熱片之間的氣流由氣流中心和兩個(gè)層流附面層組成，氣流 中心的流動(dòng)情況隨著冷卻空氣流速改變而變化，一般為紊流，其平均速度較高， 而附面層流速較低。層流層中的熱交換以熱傳導(dǎo)為主，而空氣導(dǎo)熱性很差，因此， 附面層越薄，氣流中心層越厚時(shí)，由散熱片向氣流的傳熱就越強(qiáng)，反之則越弱。 因而常常以臨界附面層的厚度來確定散熱片的間隙。經(jīng)測(cè)試，在空氣流速為 4 0 “s 時(shí)，兩附面層的總厚度約為2 n u i l ，若設(shè)計(jì)的散熱片間距小于2 5 i 啪，則傳 熱效率會(huì)明顯下降【5 j 。 由散熱片向冷卻空氣的傳熱量，可以用下式表剝6 】： 筮三童通圍發(fā)動(dòng)扭鹼塑丕統(tǒng)的班窺左洼 q = 凡c f ( k 如) ( 2 7 ) 式中f 散熱片表面積； 抗f _ ； 熱片的放熱系數(shù)； f m 散熱片平均溫度； 厶冷卻空氣溫度。 a f 可以按以下公式計(jì)算： l 、按相似準(zhǔn)則計(jì)算【7 】： 從散熱片傳向冷卻空氣的放熱系數(shù)，可用由圓管研究試驗(yàn)所得出的公式來估 算： 口：o 0 2 4 告掣) 0 8 e ) 0 3 7 ( w m 2 k ) ( 2 8 ) d ， d d = 4 f | k a l = 釓嬸p 們 式中d 當(dāng)量直徑( m ) ； 卜散熱片間通道截面積( m 2 ) o 矗一宙道截面周邊長(zhǎng)( m ) ； a 空氣導(dǎo)熱系數(shù)a = o 0 2 4 7 7 w m h k ； a 導(dǎo)溫系數(shù)( m 2 s ) ； 卸空氣的定壓比熱容( m 唱k ) ： ) ，空氣的運(yùn)動(dòng)粘度) ，= 叩鋤，( r n 2 s ) ； 珂空氣的動(dòng)力粘度( p a s ) ； p 空氣的密度p = 1 2 3 5 蠅o ； 一西過散熱片間隙的空氣平均流速( 1 n s ) 。 2 、經(jīng)驗(yàn)計(jì)算公式計(jì)算【8 】： 甜= 2 4 0 7 【o 0 2 4 7 o 0 0 3 7 2 ( f 0 8 礦4 ) 】甜 w m 2 k( 2 9 ) 式中z 散熱片的高度( c m ) ； p 散熱片的節(jié)距( c m ) ； w 拎卻空氣的速度( k n l 1 ) 計(jì)算出散熱片的放熱系數(shù)掰后，即可計(jì)算出散熱片的散熱量q 。 對(duì)流換熱過程是一個(gè)非常復(fù)雜的過程，放熱系數(shù)是研究這一過程重要參數(shù)， 由于放熱系數(shù)與流體的種類、溫度、流動(dòng)速度以及通道的形狀和大小等因素相關(guān)， 這樣造成很多經(jīng)驗(yàn)公式只能適用于所實(shí)驗(yàn)的機(jī)型。但這些經(jīng)驗(yàn)公式的結(jié)果有助于 對(duì)傳熱過程和散熱片設(shè)計(jì)有所幫助。 簋三童道圍筮麴扭鹼卻丕統(tǒng)的班究左鎏 根據(jù)大量的實(shí)驗(yàn)研究，影響散熱片放熱系數(shù)的因素很多，可以歸納如下： 根據(jù)冷卻方式的不同，散熱片高度對(duì)放熱系數(shù)的影響：在自然通風(fēng)冷卻情 況下，散熱片高度的增加將使散熱片間距內(nèi)的冷卻空氣流速降低，o c f 也隨之下降。 散熱片間距給定后，在相當(dāng)大的方位內(nèi)，散熱片的厚度并不影響放熱系數(shù) 甜，這是因?yàn)殚g距不變情況下，流動(dòng)的幾何特征尺寸沒有變化。因此認(rèn)為散熱片 厚度不影響放熱系數(shù)反r 是一個(gè)非常好的近似。 冷卻空氣流速v f 對(duì)放熱系數(shù)有很多大的影響。一般情況下甜隨冷卻空氣 流速1 ，f 的o 7 5 次方而增加，因此提高空氣流速是提高甜的有效途徑之一。 隨著氣缸直徑的變化，層流和紊流邊界層所占的表面之比也要變化，這使 得放熱系數(shù)甜也發(fā)生變化。一般對(duì)某一缸徑發(fā)動(dòng)機(jī)所實(shí)測(cè)的甜值，不能應(yīng)用于 其它缸徑的發(fā)動(dòng)機(jī)上。若用相似準(zhǔn)則表示，那么放熱系數(shù)依賴于氣缸平均直徑 既，其關(guān)系為【9 】： 馓艇、| d 毒3 散熱片間距s 是影響放熱系數(shù)甜的重要因素。如果間距非常小，將不會(huì) 形成紊流流動(dòng)，a f 明顯下降，這使得換熱大為削弱。圖2 3 給出冷卻空氣流速不 同時(shí)儺隨散熱片間距的變化，由圖可以看出甜隨間距的增加而提高。 1 4 0 1 2 0 l o o 口 8 0 “g 6 0 i 4 0 2 0 十一 一一 _ ， _ 一一 一一 ， ，一一 ， _ ，一- 一一 ， ，一一 一 一一 ，一 一 ， 一一 ， 一， ，一一 一 ， ， _ 一 ， 4 9 3 0 3 4 1 0 2 5 1 0 1 7 9 5 奈 1 3 4 5 薈 孟 l2345 6789 s ( m m ) 圖2 3 不同流速下，放熱系數(shù)隨散熱片間距的變化【1 0 l 六、散熱片的設(shè)計(jì) 風(fēng)冷發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸外壁和散熱片向冷卻空氣的散熱，主要是靠散熱片的散熱。 要使發(fā)動(dòng)機(jī)工作可靠，必須進(jìn)行冷卻，使其保持一定的溫度狀態(tài)，并根據(jù)散熱片 向冷卻空氣散發(fā)的熱量進(jìn)行散熱片的合理設(shè)計(jì)。 散熱片的設(shè)計(jì)要求主要是：冷卻空氣流過散熱片時(shí)，空氣阻力要求最??；散 箍三童逼旦蕉動(dòng)扭鹼墊丕統(tǒng)鮑班究左法 熱片的材料應(yīng)具有良好的導(dǎo)熱性能，以取得較高的散熱效率；盡量節(jié)省材料：散 熱片要有一定的機(jī)械強(qiáng)度，且便于制造。 散熱片的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)見圖2 - 4 。圖中工為散熱片高度，p 為散熱片的節(jié)距， s 為散熱片的間距；“為散熱片厚度。 圖2 - 4 散熱片主要結(jié)構(gòu)參數(shù) 現(xiàn)代風(fēng)冷發(fā)動(dòng)機(jī)散熱片的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)及散熱片尺寸見表2 1 。 表2 1散熱片主要結(jié)構(gòu)參數(shù)1 1 ( m m ) 散熱片 鋁合金 鑄鐵 結(jié)構(gòu)參數(shù) 氣缸蓋氣缸體氣缸蓋氣缸體 散熱片高度三 1 5 7 51 5 3 51 5 5 01 4 3 0 散熱片節(jié)距p 3 5 83 5 86 1 26 1 2 兩散熱片間距s 2 62 64 84 8 散熱片厚度如 1 5 2 51 5 2 52 42 4 散熱片的斷面形狀可以為拋物線形、三角形、矩形和梯形。從傳熱角度考慮， 拋物線形是最理想的散熱片形狀。拋物線形的散熱片沿剖面縱方向的熱梯度一 定，散熱效率高，并且風(fēng)道阻力小，材料得到最有效的利用。但實(shí)用上，鑒于散 熱片剖面形狀對(duì)散熱效率影響有限( 一般不超過8 ) ，因此，選用時(shí)往往主要考 慮結(jié)構(gòu)、工藝上的可能性。拋物線型由于制造困難，實(shí)際上不采用。通常采用梯 形和矩形散熱片，用梯形的更多。 散熱片高度的設(shè)計(jì)，不僅受到發(fā)動(dòng)機(jī)總體尺寸的限制，而且也受到材料導(dǎo)熱 性能的影響。一般在不增加總體尺寸的前提下，其高度尺寸應(yīng)盡可能大些，但是 當(dāng)制作散熱片的材料導(dǎo)熱性較差時(shí)，往往過高的散熱片并不能起到良好的冷卻作 用，因此，散熱片高度是有一定限制的。 笈三童通田筮動(dòng)扭淦塑丕統(tǒng)的班葒左洼 散熱片的節(jié)距對(duì)散熱效果影響較大，采用較小的節(jié)距，可以使散熱面積增加。 但是過小的散熱片節(jié)距，不一定能達(dá)到良好的散熱效果。由于過小的節(jié)距使得空 氣流動(dòng)阻力增加，相鄰散熱片之間氣體層流靠近，紊流層減薄，使散熱片散熱效 果變差。在設(shè)計(jì)散熱片時(shí)，其節(jié)距可以設(shè)計(jì)成相等的或不相等的。 2 1 2 散熱片傳熱的計(jì)算 在風(fēng)冷發(fā)動(dòng)機(jī)中，散熱問題是一個(gè)非常重要而且復(fù)雜的問題。要對(duì)散熱片的 放熱量做精確的計(jì)算，特別是氣道空氣阻力的計(jì)算，是非常困難的。因此，在設(shè) 計(jì)風(fēng)冷發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)，要廣泛地利用同類型發(fā)動(dòng)機(jī)的統(tǒng)計(jì)資料和試驗(yàn)資料。但還是可 以用計(jì)算方法來估算散熱片表匿尺寸，進(jìn)一步為確定散熱片形狀提供參考。 一、冷卻介質(zhì)必須帶走的熱量以及所需冷卻空氣的估算 為了使發(fā)動(dòng)機(jī)工作可靠，必須對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行必要的冷卻，使它保持一定的溫 度狀態(tài)。由冷卻空氣所帶走的熱量可以有下列經(jīng)驗(yàn)公式估算【1 2 】： q = 彳6 a 風(fēng)3 6 0 0 ( 1 d s ) ( 2 - l o ) 式中彳傳給冷卻系統(tǒng)的熱量占燃料熱能的百分?jǐn)?shù)，發(fā)動(dòng)機(jī)是汽油機(jī) 時(shí)，彳= 0 2 0 o 2 7 ； 曰燃料消耗率( k g l ( w h ) ； a 功率( k w ) ； 風(fēng)燃料低熱值，對(duì)于汽油可取“0 0 0u 瓜g 。 已知所需散熱量后，可以估算所需的冷卻空氣量： g = 烈顫紐f a l ) 】( 啦) ( 2 - 1 1 ) 式中唧空氣定壓比熱容，取1 0 4 7 u 蠔k ； f a l 流向散熱片的冷卻空氣的溫度； 允離開散熱片的冷卻空氣的溫度。 設(shè)p 。為空氣的密度，則得到冷卻空氣的容積流量： 玩= 咖a 啾f a 2 - 厶1 ) 】( m j s ) ( 2 一1 2 ) 二、氣缸散熱性畿的估算 在散熱片結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì)以后，應(yīng)該驗(yàn)算氣缸的散熱量，檢驗(yàn)其能否與所需散 熱量相適應(yīng)。 散熱面平均換熱系數(shù)a 為【1 3 】： a = ( 5 4 5 1 2 1 5 1 7 9 0 7 p 8 p 4 ) w o 洲m 7 h k ) ( 2 1 3 ) 式中w 羚卻風(fēng)速( “s ) 。 筮三童適疆蘊(yùn)動(dòng)扭撿卻丕統(tǒng)的班寇左洼 當(dāng)量換熱系數(shù)a 為： a 7 = 。【p 【m 脅廳7 ( 1 + j i i7 d 2 ) m ) + s 】( 1 c j m 2 h l ( ) ( 2 1 4 ) 朋= 2 礬加 辦7 = 斛晶汜( m ) 式中砧散熱片材料的熱導(dǎo)率，鑄鐵為1 9 0 2 1 0 l ( j m 2 h k ，鋁合金為 5 2 5 6 3 0 i c j n 1 2 h k ： 辦散熱片當(dāng)量高度； t h 朋廳雙曲函數(shù)。 換熱系數(shù)計(jì)算后，則氣缸散熱量為： q t = q l + q 2 ( 2 - 1 5 ) q l 為氣缸蓋散熱量： q l = ，l 婦( r l m o 脅) q 為氣缸體散熱量： q = 凡婦( 刪 梳= ( 射妨2 = 如十4 2 式中 、凡氣缸蓋和氣缸體外壁基本表面積，即未布置散熱片時(shí)的 表面積； f l 肘、如m 燃料消耗率( k g l ( w h ) ；氣缸蓋和氣缸體散熱片根部平 均溫度，通常取鋁合金f l 。= 1 5 0 ，= l l o ，鑄鐵f l 。= 1 8 0 ， 挖。= 1 3 0 ： 觸泠卻通道中冷去空氣的平均溫度； f | 、如散熱片通道空氣進(jìn)出口溫度； 加流過散熱片通道時(shí)，冷卻空氣的溫升，氣缸蓋為4 0 7 0 ， 氣缸體為6 0 ，一般估算時(shí)，彳f 可取為4 0 ； f 氣缸數(shù)。 2 2 通用發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻風(fēng)扇的相關(guān)研究 2 2 1 發(fā)動(dòng)機(jī)風(fēng)冷系 由于風(fēng)冷發(fā)動(dòng)機(jī)表面空氣通道阻力較水冷系統(tǒng)高，因而風(fēng)冷發(fā)動(dòng)機(jī)中要求風(fēng) 扇有較高的壓力。目前大排量的風(fēng)冷發(fā)動(dòng)機(jī)廣泛采用軸流式風(fēng)扇，以保證其冷卻 效果。 簋三重強(qiáng)旦發(fā)麴也獫墊丕統(tǒng)的班究左逵 針對(duì)通用發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)布置和維修簡(jiǎn)單的要求，離心式風(fēng)扇在這一領(lǐng)域被廣泛 采用?，F(xiàn)在國(guó)內(nèi)對(duì)強(qiáng)制式風(fēng)冷發(fā)動(dòng)機(jī)的風(fēng)冷系統(tǒng)的研究資料很有限，尤其以發(fā)動(dòng) 機(jī)冷卻基礎(chǔ)上探討離心式冷卻風(fēng)扇的設(shè)計(jì)更少。 2 2 2 發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻風(fēng)扇 由于針對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)風(fēng)冷系統(tǒng)中的離心式葉輪的設(shè)計(jì)資料有限，因此本研究從離 心通風(fēng)機(jī)領(lǐng)域入手，了解離心式風(fēng)扇的一般計(jì)算方法和特性。雖然通風(fēng)機(jī)領(lǐng)域和 發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻領(lǐng)域?qū)τ陔x心式風(fēng)扇具體要求有一些不相同，但可以作為發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻 領(lǐng)域的設(shè)計(jì)參考。 一、葉片出口角對(duì)離心式風(fēng)扇的影響 在離心式風(fēng)扇的幾何參數(shù)中，葉片的出口角腸是一個(gè)非常重要的參數(shù)。它 對(duì)葉輪的壓力、功率和效率都有很大的影響。 1 觸對(duì)葉輪壓力的影響 圖2 5 葉片出口速度三角形 從圖2 5 所示的葉片出口速度三角形，算得： 尸抽印眈c 2 呻= p 拋( 阮也m c o 伽) ( 2 1 6 ) 出口的子午速度一般為徑向，故風(fēng)扇的理論流量可按下公式計(jì)算： qt = 7 渤6 2 曉m ( 2 1 7 ) 變換后為 曉m = qt ( 7 渤6 2 ) ( 2 - 1 8 ) 式中d 2 葉輪的直徑； 6 2 葉輪出口寬度。 將上式代入式( 2 1 6 ) 得： 尸伽= p 逅一p 拋qt ( 7 渤6 2 c 2 m t 諏) ( 2 - 1 9 ) 在葉輪的幾何尺寸一定、轉(zhuǎn)速一定情況下，由式( 2 1 9 ) 可知，脅與9 是 簋三重通圈筮麴扭獫墊丕統(tǒng)的班究左法 線形關(guān)系，如圖2 6 所示。 q t 圖2 6 不同觸時(shí)p 如與qt 的關(guān)系【1 4 】 當(dāng)觸= 9 0 。即為徑向葉輪時(shí)，式2 - 1 9 中的t a 枷= ，得：尸伽= p 砭。 壓力線是通過縱坐標(biāo)軸上的點(diǎn)p 名平行于橫坐標(biāo)軸的一條直線，這時(shí)pt 西不 隨9t 改變。 當(dāng)觸 9 0 。即為前向葉輪時(shí)，t 礬趾為負(fù)值，這時(shí)尸知隨qt 的增大而增大， 壓力線是通過縱坐標(biāo)軸上的點(diǎn)p 逅并向上傾斜的直線。 當(dāng)觸 9 0 。或觸 帥，即吸力面上的速度大于壓力面上速度。從式2 2 3 還可看出，當(dāng)葉輪的流量 小到一定程度，以至帥 以慨傯c ) 時(shí)，聊為負(fù)值，也就是說，在壓力面上 將產(chǎn)生倒流現(xiàn)象【1 7 1 。 由相對(duì)運(yùn)動(dòng)的伯努利方程可知，因?yàn)槿~片壓力面上的速度小于吸力面上的速 度，所以壓力面上的靜壓大于吸力面上的靜壓，也就是說葉片的兩面產(chǎn)生壓力差， 這也是葉輪能夠把能量傳遞給流體的根本原因。 同理推導(dǎo)前向葉輪中葉道截面上的相對(duì)速度為： 簋三童通圈筮動(dòng)扭撿墊丕統(tǒng)的班究左洼 w = m ，m ( j + ，澀c ) + 2 刀 ( 2 2 5 ) 壓力面上的相對(duì)速度： w p = w ，m 一口向+ w ，m 緞一 ( 2 2 6 ) 吸力面上的相對(duì)速度： w s - 嘲，m + 烈+ w h 2 尺c ) ( 2 2 7 ) 將式2 - 2 5 、式2 2 6 、式2 2 7 與2 2 2 、式2 2 3 、式2 2 4 對(duì)比可以看出，前向 葉輪流道截面上相對(duì)速度分布的不均勻程度比后向葉輪的不均勻程度大，而且前 向葉輪葉片兩面的壓力差大于后向葉輪。 三、有限葉片數(shù)對(duì)葉輪的影響 根據(jù)回轉(zhuǎn)面內(nèi)的二元無黏流動(dòng)的分析，葉道截面上沿周向的相對(duì)速度分布是 不均勻的，而根據(jù)無限多葉片數(shù)葉道的分析沿周向的相對(duì)速度是相等的。造成這 種速度的不均勻是由于有限葉片數(shù)所引起的。 如將葉輪內(nèi)外周圍封閉，當(dāng)葉輪旋轉(zhuǎn)時(shí)，在兩葉片之間會(huì)產(chǎn)生如圖2 1 0 ( a ) 所示的軸向渦流。圖2 - l o ( b ) 為假想敞開葉輪不旋轉(zhuǎn)時(shí)的流動(dòng)情況。圖2 1 0 ( c ) 表示敞開葉輪旋轉(zhuǎn)時(shí)葉道內(nèi)某截面上的相對(duì)速度分布。很明顯， 圖2 - 1 0 ( a ) 和( b ) 中的速度分布合成以后即為圖2 1 0 ( c ) 中的速度分布。 ( a ) 封閉葉道中的軸向渦流( b ) 開口葉道中的相對(duì)流動(dòng)( c ) 旋轉(zhuǎn)葉道中流動(dòng) 圖2 1 0 氣體在葉道中的流動(dòng)【l s 】 由于軸向渦流的存在使得葉道出口相對(duì)速度的方向偏轉(zhuǎn)一個(gè)角度，而不是沿 葉片的切線方向流出。圖2 l l 中撇：為葉片的出口角，傲。為無限多葉片時(shí)的出 口相對(duì)速度，為有限葉片數(shù)時(shí)的出口相對(duì)速度，屈為偏轉(zhuǎn)后的氣流角。絕對(duì)周 向分速度便由曉呻變?yōu)闀浴?箍三童適用筮動(dòng)扭獫塑丕統(tǒng)歐班究左洼 4 “ 圖2 1 l 葉道軸向渦流的影響【1 9 】 無限多葉片數(shù)的理論壓力為： 尸佃= p 拋c 2 哪 ( 2 - 2 8 ) 同理，有限葉片數(shù)的理論壓力為： 尸t = p 拋晚u ( 2 2 9 ) 因?yàn)闀評(píng) c 2 啪，所以尸t 尸，即有限葉片數(shù)引起理論壓力的降低。有限葉 片數(shù)時(shí)的理論壓力與無限多葉片數(shù)時(shí)理論壓力之比為： 口= 尸t 尸= 曉?；蒙? l 一4 c 如岬( 2 3 0 ) 式中 4 仉= c 2 岫曉u(píng) 口稱為環(huán)流系數(shù)或者滑移系數(shù)。壓力的降低是由于絕對(duì)周向速度滑移所造成 的。需要說明的是有限葉片數(shù)壓力的降低并無任何能量損失，所以下降后的壓力 戶t 仍為理論壓力。 由于實(shí)際問題的多樣性和復(fù)雜性，前人提出許多計(jì)算滑移系數(shù)的公式和方 法。 ( 1 ) 斯托多拉( s t o d o l a ) 方法【2 0 】 斯托認(rèn)為有限葉片數(shù)時(shí)葉道出口氣流周向絕對(duì)分速的減小是由于軸向渦流 所引起的，并假設(shè)此軸向渦流相當(dāng)于以葉道出口寬度口為直徑角速度為的旋轉(zhuǎn) 運(yùn)行。 斯托多拉公式： ：l 一型嘴蘭一 ( 2 - 3 1 ) z ( “2 一l ) 萬(wàn)d 2 6 2 t a i l 歷2 。 式中z 葉片數(shù)。 推到此公式時(shí)未考慮出口葉片曲率會(huì)引起離心離的影響。后彎葉片的曲率半 徑較大，比較接近此假設(shè)。此外，該方法未考慮葉道徑向深度的影響。d i 傷值 筮三童亟旦蘊(yùn)動(dòng)扭鹼墊丕統(tǒng)的班究左洼 的大小會(huì)影響出口的流動(dòng)狀態(tài)。當(dāng)葉道較長(zhǎng)葉片數(shù)較多時(shí)，徑向深度的變化對(duì)葉 道出口處流動(dòng)的影響較小。因此葉道較長(zhǎng)、葉片數(shù)較多的后向葉輪采用斯托多拉 方法比較準(zhǔn)確。 ( 2 ) 愛克( b e c k ) 方法【2 1 】 愛克認(rèn)為，出后處的相對(duì)速度由徹m 變?yōu)榈⑹怯捎谝匀~道出口寬度d 為一 邊的正方體的旋轉(zhuǎn)所引起的。 其滑移系數(shù)公式為： 臚麗矗面 q 。2 l + ! 縷墮! 竺絲 對(duì)于輪蓋與輪盤平行的葉輪，有 s = 斜一( 剴 8i d 2jl 結(jié)果： = l + s i n 歷2 萬(wàn) ( 2 3 3 ) 對(duì)于輪蓋傾斜的葉輪，有 s = ( 脅學(xué)篙) 半( 肌腳l 3 6 i + 6 2 ， 2 、7 對(duì)于c 廬常數(shù)即r f 常數(shù)的葉輪， 黜2 6 2 他尺1 ) 根據(jù)式( 2 - 3 3 ) 計(jì)算出的p 值在3 0 。鉑2 5 0 。時(shí)誤差將增大。實(shí)驗(yàn)證明 2 2 】，對(duì)于輪蓋與輪盤平行的葉輪，用1 5 + ( 1 1 觸9 0 。) 代替式( 2 3 0 ) 中的冗s 叫，其計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)值較一致。這時(shí)， 式( 2 3 0 ) 變?yōu)椋?= l +1 5 + ( 1 1 肪：9 0 。) 該式適用于2 0 。啦 1 7 0 。的范圍內(nèi)。 ( 3 ) 掣刪方法2 3 1 ( 2 3 4 ) 笈三童逼旦發(fā)動(dòng)拯撿卻丕統(tǒng)酸班蘊(yùn)友洼 該方法重點(diǎn)是先求出葉片出口氣流偏斜后的角度肛，而后在計(jì)算出曉u(píng) 和滑 移系數(shù)p ，珥玎h 方法提出的計(jì)算應(yīng)的經(jīng)驗(yàn)公式為： c o5 i 統(tǒng)= c o 與趾+ 七c 2 u 昀( z 拋)( 2 - 3 5 ) 系數(shù)七的值視葉片的形式和葉片入口氣流沖角為正或?yàn)樨?fù)而定，值見表2 2 。 表2 2七的值 項(xiàng)目正沖角時(shí)負(fù)沖角時(shí) 前向葉輪 46 徑向葉輪 38 后向葉輪 26 8 斯托多拉公式( 2 3 1 ) 和愛克提出的公式( 2 - 3 2 ) 都是按照無黏流動(dòng)理論導(dǎo) 出的。愛克提出的公式( 2 3 4 ) 和i i a 阿提出的公式( 2 3 5 ) 是半經(jīng)驗(yàn)和經(jīng)驗(yàn)公 式，已考慮到黏性的影響。斯托多拉公式( 2 3 1 ) 和愛克提出的公式( 2 3 2 ) 只 適用于后向葉輪，愛克提出的公式( 2 3 4 ) 和u 叮m 提出的公式( 2 3 5 ) 可用于 各種形式的葉輪。 上述計(jì)算滑移系數(shù)的方法都欠準(zhǔn)確。人們?cè)噲D找出更準(zhǔn)確的計(jì)算方法。文獻(xiàn) 洲論述了用s t a n 池快速近似法計(jì)算出葉片表面速度分布后求滑移系數(shù)的方法。 對(duì)三個(gè)葉片型線不同其他參數(shù)都相同的葉輪計(jì)算出滑移系數(shù)p 值與實(shí)驗(yàn)測(cè)得值 的誤差，多數(shù)情況下較按斯托多拉公式和愛克公式計(jì)算出的f 值的誤差小一些。 文獻(xiàn)【2 5 】介紹了對(duì)不同葉片數(shù)觸= 1 5 0 。的前向葉輪，用快速近似法計(jì)算出葉片表 面速度分布后求口值與按【i a r h 方法計(jì)算的結(jié)果較接近，與實(shí)驗(yàn)值的誤差也較 小。但這些計(jì)算方法較復(fù)雜，應(yīng)用不便。 有限葉片數(shù)除對(duì)壓力影響外，由于葉片厚度的存在，使得葉道的截面積減小， 對(duì)流量產(chǎn)生影響?？紤]葉片厚度后的理論流量計(jì)算公式為： qt = 渤6 2 1 ：2 c 1 2 面= 7 吐) 1 6 1 n c l m ( 2 3 6 ) 式中n 葉道入口截面堵塞系數(shù)： 仃一葉道出口截面堵塞系數(shù)。 從圖2 1 2 看出，葉片出口圓周上的厚度為副s i 瓶，葉片入口圓周上的厚度 為6 l s 雌1 ，赴和萬(wàn)i 為葉道出口和入口處葉片的厚度。一般情況下，菠茍l 。 j i 圖2 1 2 葉片的入口和出口 葉道出口處的柵距為： 如：