熱管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)汽車河南科技大學(xué)車輛與交通工程學(xué)院NewEnergyVehicles新能源熱管理系統(tǒng)理論基礎(chǔ)第二章核心內(nèi)容：流體傳熱：含流體描述、分類、伯努利方程及三種傳熱方式熱流控制：風(fēng)冷、液冷、熱管等技術(shù)特性與適用場景系統(tǒng)原理：四大模塊、制冷/制熱循環(huán)及熱力計(jì)算學(xué)習(xí)目標(biāo)：掌握基礎(chǔ)理論，為熱管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)奠基2.1流體流動(dòng)特性-描述方法兩種核心方法：歐拉法：歐拉方法該方法是廣泛應(yīng)用的方法。它著眼于流場中所有空間點(diǎn)上流動(dòng)參數(shù)隨時(shí)間的變化，即研究表征流場內(nèi)流體流動(dòng)特性的各種物理量的矢量場與標(biāo)量場拉格朗日法：拉格朗日方法該方法著眼于流場中每個(gè)流體質(zhì)點(diǎn)流動(dòng)參數(shù)隨時(shí)間的變化，綜合所有流體質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)便可得到整個(gè)流體的運(yùn)動(dòng)規(guī)律關(guān)鍵區(qū)分：歐拉法聚焦“場”，拉格朗日法聚焦“質(zhì)點(diǎn)2.1流體流動(dòng)特性-分類與伯努利方程流動(dòng)分類：按時(shí)間：定常流動(dòng)（參數(shù)不隨t變）、非定常流動(dòng)按維度：一維（1個(gè)坐標(biāo)）、二維、三維2.1流體流動(dòng)特性-伯努利方程伯努利方程（理想流體定常流動(dòng)）：在重力作用下的不可壓縮理想流體定常一維絕能流的能量方程（沿流線動(dòng)能+位勢(shì)能+壓強(qiáng)勢(shì)能守恒）對(duì)于單位質(zhì)量流體，伯努利方程寫成：上式表明不可壓縮理想流體在重力場中作定常流動(dòng)時(shí)，沿流線單位質(zhì)量流體的速度水頭、

位置水頭與壓強(qiáng)水頭之和等于常數(shù)，總水頭線為平行于基準(zhǔn)線的水平線。2.1流體流動(dòng)特性-管內(nèi)流動(dòng)的能量損失沿程能量損失（沿程損失）產(chǎn)生場景：緩變流全程（如直管段）成因：流體黏性力計(jì)算（達(dá)西-魏斯巴赫公式）：局部能量損失（局部損失）產(chǎn)生場景：急變流局部（如變徑管、閥門、接頭）成因：流體微團(tuán)碰撞、旋渦計(jì)算：

總能量損失工程特點(diǎn)：多數(shù)場景依賴實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，復(fù)雜流態(tài)難理論計(jì)算2.1傳熱基本理論-熱量傳遞與熱輸運(yùn)熱傳導(dǎo)分子/原子熱運(yùn)動(dòng)（固體靠自由電子+聲子）熱對(duì)流流體與固體壁面溫差驅(qū)動(dòng)熱輻射

電磁波傳遞（無需介質(zhì)）

2.2熱流控制技術(shù)-空氣冷卻原理：空氣對(duì)流帶走熱量（自然/強(qiáng)迫）特性：優(yōu)勢(shì)：結(jié)構(gòu)簡單、成本低、維護(hù)方便劣勢(shì)：散熱弱、受室溫影響大適用場景：低熱負(fù)荷（小型電機(jī)、輔助電機(jī)）

類型驅(qū)動(dòng)方式核心優(yōu)勢(shì)主要劣勢(shì)適用場景空氣自然對(duì)流冷卻溫差自然形成氣流無能耗、結(jié)構(gòu)簡單、成本低散熱效率低（熱流密度10-100W/m2）、受環(huán)境溫度影響大低熱負(fù)荷場景（小型輔助電機(jī)、低功率電控）強(qiáng)迫對(duì)流風(fēng)冷風(fēng)扇/風(fēng)機(jī)驅(qū)動(dòng)散熱效率高于自然對(duì)流，響應(yīng)較快需消耗電能、產(chǎn)生噪聲、需額外布置風(fēng)扇中低熱負(fù)荷場景（部分小型車驅(qū)動(dòng)電機(jī)、電池輔冷）2.2熱流控制技術(shù)-液體冷卻核心優(yōu)勢(shì)：比熱容高，換熱效率比空氣高5-10倍類型：間接冷卻：液冷板（安全，主流）直接冷卻：效率高，需防漏適用場景：高功率電機(jī)、動(dòng)力電池

液冷板流道結(jié)構(gòu)：常規(guī)：直流道、S形流道（擾動(dòng)強(qiáng)）、Z形流道（靈活）先進(jìn)：微通道（高熱流密度）、仿生流道（均勻性好）2.2熱流控制技術(shù)-熱管冷卻工作原理：管內(nèi)工質(zhì)“蒸發(fā)吸熱→冷凝放熱”，毛細(xì)力驅(qū)動(dòng)回流核心特性：高導(dǎo)熱（比銅高100-1000倍）、無外部動(dòng)力、等溫性好2.2熱流控制技術(shù)-熱管冷卻常見類型：環(huán)路熱管：長距離傳熱、逆重力脈動(dòng)熱管：無吸液芯、小空間適用適用場景：動(dòng)力電池均溫、電機(jī)局部高熱流2.2熱流控制技術(shù)–其他方式PCM冷卻：利用相變潛熱控溫→均溫好，需強(qiáng)化導(dǎo)熱噴淋冷卻：直接噴射冷卻液→響應(yīng)快，需防噴嘴堵塞適用場景：PCM用于電池保溫，噴淋用于高熱流應(yīng)急冷卻2.3系統(tǒng)基本原理系統(tǒng)類型核心設(shè)備/技術(shù)工作原理關(guān)鍵作用散熱系統(tǒng)散熱器、風(fēng)扇散熱器通過傳導(dǎo)+對(duì)流轉(zhuǎn)移熱量至介質(zhì)，風(fēng)扇以強(qiáng)制對(duì)流加速熱量散發(fā)快速排出部件多余熱量，防止過熱冷卻系統(tǒng)冷卻液循環(huán)系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)冷卻液循環(huán)吸收部件熱量，空調(diào)系統(tǒng)調(diào)節(jié)空氣溫濕度，共同維持車內(nèi)適宜溫度精準(zhǔn)控制核心部件（電池、電機(jī)）溫度余熱回收系統(tǒng)板式換熱器、多通道電磁閥回收電機(jī)等部件余熱，通過換熱器或電磁閥控制，為電池包加熱，替代額外耗電加熱提升能量利用率，延長續(xù)駛里程溫度控制系統(tǒng)溫度傳感器、控制單元傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)溫度，控制單元調(diào)節(jié)散熱器、風(fēng)扇等設(shè)備，維持溫度穩(wěn)定避免過冷/過熱導(dǎo)致部件性能衰減2.3熱力循環(huán)-制冷循環(huán)核心部件：壓縮機(jī)→冷凝器→膨脹閥→蒸發(fā)器流程：壓縮：低壓氣→高壓氣（耗能）冷凝：高壓氣→高壓液（放熱）膨脹：高壓液→低壓氣液（降溫）蒸發(fā)：低壓氣液→低壓氣（吸熱制冷）制冷劑常用類型：R134a：傳統(tǒng)主流，對(duì)臭氧層破壞小R1234yf：新型，全球變暖潛勢(shì)（GWP）更低選擇原則：環(huán)保、制冷效率高、安全2.3熱力循環(huán)-制熱循環(huán)核心技術(shù)：四通換向閥切換（蒸發(fā)器/冷凝器功能互換）流程：壓縮機(jī)：低壓氣→高壓氣艙內(nèi)換熱器（冷凝器）：高壓氣→高壓液（放熱制熱）膨脹閥：高壓液→低壓氣液艙外換熱器（蒸發(fā)器）：低壓氣液→低壓氣（吸環(huán)境熱）輔助：PTC加熱器（極寒工況補(bǔ)充2.3熱力計(jì)算(1)等熵壓縮圖中1-2是等熵壓縮的過程。工質(zhì)流經(jīng)壓縮機(jī)時(shí)，消耗外力功而使氣體升壓升溫，如果忽略對(duì)外散熱，不計(jì)摩擦功，可以近似看作絕熱壓縮，其理論壓縮功W等于制冷劑進(jìn)出壓縮機(jī)時(shí)的焓差，即(2)等壓冷凝圖中2-3-4是在冷凝器里等壓冷凝放熱的過程。制冷劑由過熱狀態(tài)2在冷凝器里先冷卻到干飽和蒸氣狀態(tài)3，然后再凝結(jié)為飽和液體4。每1kg制冷劑在冷凝器中放出的熱量稱為單位冷凝熱量，符號(hào)為q。g等于冷凝器進(jìn)出口處制冷劑的焓差，即如果在冷凝器出口制冷劑的干度x=0:在蒸發(fā)器出口制冷劑的干度x=1.0.那么這種循環(huán)就是基本理論循環(huán)，其lgp-h圖如圖2-23所示。循環(huán)流程是1→2-3→4→5→1。2.3熱力計(jì)算(3)絕熱節(jié)流圖中4-5是制冷劑流經(jīng)膨脹閥時(shí)的節(jié)流過程。絕熱節(jié)流前后焓值相等，所以可得應(yīng)當(dāng)指出，節(jié)流后的狀態(tài)5屬于濕蒸氣狀態(tài)(4)等壓蒸發(fā)圖中5-1是制冷劑在蒸發(fā)器內(nèi)定壓汽化吸熱的過程。每1kg制冷劑在蒸發(fā)器中的吸熱量，稱為單位制冷量q0。q0值可以用蒸發(fā)器前后制冷劑的焓差表示，即如果在冷凝器出口制冷劑的干度x=0:在蒸發(fā)器出口制冷劑的干度x=1.0.那么這種循環(huán)就是基本理論循環(huán)，其lgp-h圖如圖2-23所示。循環(huán)流程是1→2-3→4→5→1。制冷劑在冷凝器內(nèi)的放熱量等于蒸發(fā)器內(nèi)的吸熱量與壓縮機(jī)絕熱壓縮功之和2.3熱力計(jì)算-實(shí)例簡化第二章技術(shù)對(duì)比熱流控制技術(shù)優(yōu)勢(shì)劣勢(shì)適用場景空氣冷卻結(jié)構(gòu)簡單、成本低散熱弱、受環(huán)境影響大小型/輔助電機(jī)液體冷卻效率高、控溫準(zhǔn)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、需密封高功率電機(jī)、電池?zé)峁芾鋮s高導(dǎo)熱、等溫性好成本高、有換熱極限電池均溫、局部高熱流PCM冷卻均溫性好、無能耗導(dǎo)熱低、成本高電池保溫噴淋冷卻響應(yīng)快、冷卻強(qiáng)需防漏、噴嘴易堵高熱流應(yīng)急冷卻第二章習(xí)題簡答題：解釋導(dǎo)熱、對(duì)流換熱及輻射換熱三種基本傳熱方式在新能源汽車熱管理系統(tǒng)中的典型應(yīng)用場景并各舉一個(gè)部件案例說明。描述熱力循環(huán)中壓縮過程、