1、工藝材料轎車車身隔熱板零件的設(shè)計原理和典型結(jié)構(gòu)孫海濤(上海大眾汽車有限公司對轎車隔熱板零件的設(shè)計規(guī)【摘要】文章從轎車隔熱的原理入手, 分析了汽車熱源向車身傳熱的形式。范、常用材料、典型結(jié)構(gòu)等方面較系統(tǒng)地進行了提煉和介紹?！局黝}詞】隔熱板車身轎車熱輻射較強烈, 還與高速熱氣流在車底的不良流動有一定關(guān)系。圖1和2示出了平行熱風(fēng)吹過圓柱 0前言轎車車身隔熱板, 也稱熱屏蔽板, 它是傳熱工程上為減小輻射換熱表面對其他零件的危害, 在相鄰表面之間放置的金屬薄板。傳遞, 。1車身傳熱的理論分析轎車發(fā)熱零件向車身內(nèi)部的傳熱過程情況非常不穩(wěn)定, 受環(huán)境溫度、風(fēng)速、汽車本身的運動狀態(tài)等因素影響較大, 需要從車輛

2、的不同運動狀態(tài)結(jié)合傳熱理論加以分析。轎車隔熱板零件的主要作用是降低輻射熱流的傳遞。在車輛怠速和低速時, 它降低輻射熱流的同時還有一定的阻隔熱空氣直接和車身對流換熱的作用。因此, 這時要求隔熱板能盡快散熱為好。而在高速時, 它的作用基本局限于降低輻射熱流的傳遞, 因為這時車身底部空氣流動較快, 對發(fā)熱部件具有冷卻作用, 即這時的對流換熱將有利于汽車底部零件散熱。如果底部結(jié)構(gòu)設(shè)計的不合理, 氣流出現(xiàn)嚴(yán)重湍流, 對流換熱系數(shù)會迅速增大, 也會產(chǎn)生和車身的不良換熱, 這種情況需要在設(shè)計時加以避免。一些車輛在高速行駛時車身地板局部較熱, 此時除了由于發(fā)動機、排氣管溫度較高,圖2平行熱風(fēng)在平板上對流換熱系

3、數(shù)的變化情況圖 1平行熱風(fēng)在柱面上對流換熱系數(shù)的變化情況對于對流換熱, 層流邊界層厚度加厚, 換熱系數(shù)降低, 從過渡區(qū)到湍流區(qū)換熱系數(shù)不斷增加。氣流換熱一般分為低速氣流換熱和高速氣流換熱。一般用馬赫數(shù)區(qū)分氣流換熱類型, 馬赫數(shù)定義為當(dāng)?shù)貧饬魉俣扰c當(dāng)?shù)貧饬髦新曀僦? 當(dāng)馬收稿日期:2005-11-21上海汽車200610233工藝材料赫數(shù)低時, 一般歸為低速氣流換熱。汽車底部的氣流換熱歸屬于低速氣流換熱的情況, 可以僅從氣流的流動對應(yīng)換熱系數(shù)的變化情況來研究汽車底部的對流換熱問題。3車身隔熱板的設(shè)計要求和常用材料3. 1一般設(shè)計要求2車身傳熱的主要傳熱模式和傳熱消弱措施2. 1車身隔熱應(yīng)對的主

4、要傳熱形式(1 輻射傳熱模式:排氣管等發(fā)熱零件的輻射熱量部分被隔熱板吸收, 部分被反射。隔熱板吸收熱量后溫度升高對車身地板等車底零件進行兩次熱輻射。(2 對流/傳導(dǎo)模式:被排氣管加熱的空氣與所接觸的隔熱板之間進行換熱; 隔熱板零件被加熱后與車身地板之間的夾層空氣; 空氣與所接觸的車身地板、熱; 車身地板、腔內(nèi)。, 這些傳熱模式的影響是不同的。汽車在高速行駛時, 由于風(fēng)冷的作用, 輻射傳熱是主要傳熱模式。在車輛低速行駛或怠速情況下, 對流、傳導(dǎo)模式在熱量傳遞過程中起的作用會明顯增加。2. 2車身傳熱消弱措施向車身傳遞的熱量會影響乘員的舒適感, 嚴(yán)重的還可能導(dǎo)致零件功能失效和老化, 甚至引起火災(zāi),

5、 因此在汽車設(shè)計時需要處理好傳熱問題。通常從傳熱模式過程中采取的措施是:增加熱阻、合理散熱。這些措施在車身隔熱中具體體現(xiàn)為, 通過增加隔熱板板厚, 選用低導(dǎo)熱系數(shù)、表面黑度小材料和多層隔熱結(jié)構(gòu)來提高熱阻, 盡量增加隔熱板與車身和排氣管的間隙等方法。從熱源著手的措施是:降低熱源溫度。對于轎車發(fā)動機熱源, 提高能量利用效率, 使用節(jié)能的低排量發(fā)動機、小體積的發(fā)動機可以降低對車身隔熱方面的負(fù)擔(dān)。對于排氣管熱源方面, 在達到消聲等目的的同時, 使熱量在排氣管中均衡分布, 盡量避免出現(xiàn)局部過熱, 可以降低對車身隔熱方面的負(fù)擔(dān)。34在各種行駛狀態(tài)下車底溫度不得高到使內(nèi)部裝備出現(xiàn)損壞或車內(nèi)乘客被燙傷;隔熱板

6、在車輛正常使用過程中不應(yīng)有過大的變形, 如邊緣翹起折斷、開裂等;隔熱板的分塊應(yīng)盡可能少, 并盡量平整、減少氣流的擾動;對于難以避免的狹小結(jié)構(gòu), 在易引起湍流的局部, 善散熱;。對, 要特別注意連接、固定的方式;根據(jù)隔熱情況需要選取恰當(dāng)?shù)牟牧虾徒Y(jié)構(gòu), 避免浪費;考慮車輛輕量化設(shè)計。隔熱板的設(shè)計需要在整車布置設(shè)計時通盤考慮, 要考慮到隔熱板周邊風(fēng)的流速和流量。風(fēng)可以帶走熱源的熱量, 阻斷熱量的傳遞。在結(jié)構(gòu)設(shè)計方面, 應(yīng)盡量減少隔熱板的分塊, 增強隔熱板屏蔽熱空氣的效果。同時要注意隔熱板和熱源之間, 隔熱板和車身之間的間隙設(shè)計, 保證足夠的空氣夾層。需要強調(diào)的是, 設(shè)計時追求最大的熱源和車身之間的間

7、距對消弱熱量傳遞是最有效和經(jīng)濟的。排氣管布置、固定對隔熱板的設(shè)計也有影響。原則是, 避免將排氣管布置在狹長而且深的車底通道內(nèi), 對降低隔熱板的隔熱要求和簡化隔熱板的結(jié)構(gòu)有很大好處。在設(shè)計前進行一定的計算分析和預(yù)留較大的設(shè)計間距, 這樣可以減少最終匹配試驗出現(xiàn)的匹配更改。3. 2車身隔熱板零件的常用材料轎車上使用的隔熱材料, 一般都兼有隔聲作用。工程上通常把導(dǎo)熱系數(shù)0. 23的材料稱為絕熱材料, <0. 14的絕熱材料稱為保溫材料。材料吸聲性能的優(yōu)劣以吸聲系數(shù)來衡量, 吸聲系數(shù)是指被吸收的能量與聲波原先傳遞給材料的全部上海汽車2006102工藝材料能量的百分比。通常對125Hz 、250H

8、z 、500Hz 、1000Hz 、2000Hz 、4000Hz 這6個頻率的平均吸聲系數(shù)大于0. 2的材料, 稱為吸聲材料。根據(jù)使用特點選擇隔熱板零件的材料, 不能簡單按材料的傳熱系數(shù)高低來選擇。汽車工程中隔熱板零件的常用材料, 一般多選用工業(yè)純鋁板材。工業(yè)純鋁的主要3特點:質(zhì)量輕, 密度為2. 7×103kg/m, 約為鋼鐵的1/3;導(dǎo)熱性好, 便于熱量散發(fā); 黑度=0. 28, 對熱輻射有很好的屏蔽能力; 塑性較好(低于一般車用沖壓鋼板 , 可方便地制成板材、箔材; 抗大氣腐蝕性好, 能生成一層致密的氧化鋁層, 并有很好的耐熱性。射型隔熱同時消音的結(jié)構(gòu)。如在帕薩特-B5車型上有

9、一個隔熱零件采用了鋁板加高分子復(fù)合材料, 但由于目前國內(nèi)這一技術(shù)還不成熟, 其他車型上應(yīng)用較少。在汽車夾層隔熱板中夾層內(nèi)填加材料一般選用質(zhì)輕、吸聲性能好、導(dǎo)熱率低的玻璃纖維構(gòu)成的玻璃棉作為夾層材料。(6 雙面鍍鋁鋼板:雙面鍍鋁鋼板制成的零件結(jié)構(gòu)尺寸穩(wěn)定, 隔熱、隔聲效果較好, 缺點是防腐能力略差, 比重大, 不利于減輕整車重量。但這種材料的抗腐蝕性不如鋁板。一般而言, 復(fù)合板、多層板成本較高, 隔熱效果也好; ; 雙面鍍鋁鋼板隔熱。單, 綜合能力。4車身隔熱板零件的典型結(jié)構(gòu)車身隔熱板有以下幾種典型結(jié)構(gòu):(1 一般單層鋁板:0. 8用于形狀復(fù)雜、尺寸大置。降低成本, (2 單層凸包板:0. 50

10、. 6mm , 一般對凸包板密度有一定的要求, 由于表面經(jīng)過凸包板加工時的冷作硬化, 制成零件的強度好, 尺寸穩(wěn)定性較好, 凸包板增加了隔熱板的表面積, 提高了隔熱板對熱和聲波的反射能力, 同時改善了空氣在隔熱板表面的流動狀態(tài), 故隔熱效果較單層平鋁板好。(3 雙層空心凸包鋁板:兩層凸包板中間空氣夾層。板厚一般在0. 20. 6mm , 凸包板密度有一定的要求。這種結(jié)構(gòu)在零件重量增加不多的情況下, 能大幅提高隔聲、隔熱的能力。但加工工藝要求較高。(4 多層鋁疊板:一般是一層鋁板附幾層鋁箔凸包板, 利用鋁箔凸包板間空氣層的隔熱效果和鋁層的反射熱射線能力強來達到隔熱的效果。隔熱效果很好。一些車型還

11、在鋁板上均布小孔達到消聲的作用。(5 多層復(fù)合板:常見的是雙層鋁板中間空心或夾層內(nèi)填加玻璃棉、石棉、鋁箔等材料, 也有為了降噪考慮將鋁板附在纖維材料表面, 達到反結(jié)語轎車車身隔熱作為轎車車身附件, 目前國內(nèi)開展的研究、消化工作和國外還有一定差距。對國外的一些新型的隔熱結(jié)構(gòu)和隔熱材料, 國內(nèi)還不具備制造能力。本文對轎車車身隔熱板零件的的技術(shù)原理、結(jié)構(gòu)特點等方面的知識進行了初步的整理和總結(jié), 希望能起到借鑒作用。參考文獻1曹玉璋編. 傳熱學(xué). 北京:北京航空航天大學(xué)出版社, 20012姜繼圣, 羅玉萍, 蘭翔編. 新型建筑絕熱、吸聲材料. 北京:化學(xué)工業(yè)出版社, 2002A bstractStarting from for m sofautothe heatinp rincip le source . commonof The use vehicles article andinsulation, the article a