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丹東黃?？蛙嚜毩⒉膳到y(tǒng)設(shè)計,丹東黃?？蛙嚜毩⒉膳到y(tǒng)設(shè)計,丹東,黃海,客車,獨立,采暖系統(tǒng),設(shè)計 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 目 目 目 目 錄 錄 錄 錄 摘要 . A bstract. 第 1 章 緒 論 .1 1.1 課題研究前景 .1 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 .1 1.2.1國外加熱器研究現(xiàn)狀 .2 1.2.2國內(nèi)加熱器研究現(xiàn)狀 .3 1.2.3國內(nèi)外的技術(shù)差距 .4 1.3 課題研究主要內(nèi)容 .5 第 2 章 車用加熱器簡介 .6 2.1 車 用加 熱器 工作 原理 .6 2.2 車 用加 熱器 的分 類 .8 2.3 車 用加 熱器 的用 途 .9 2.4 加 熱器 在汽 車上 的安 裝 .1 1 2.5 加 熱器 的發(fā) 展趨 勢 .11 第 3 章 黃海客車加熱器功率的匹配計算 .13 3.1 車內(nèi)空氣升溫所需加熱器的功率 .13 3.1.1一般車輛加熱器功率的計算方法 .13 3.1.2汽車加熱器功率的計算方法 .14 3.1.3車窗玻璃散熱量 .15 3.1.4車壁散熱量 .16 3.1.5室內(nèi)空氣溫升所需熱量 .16 3.1.6小結(jié) .17 3.2 發(fā)動機冷起動斫需加熱器的功率 .17 3.3 加熱器功率的確定 .18 3.4 冷起動所需時間的計算和驗證 .18 3.5 本章小結(jié) .19 第 4 章 加熱器燃燒室配風(fēng)及水泵、油泵的選取 .20 4.1 燃燒室配風(fēng)原則 .20 4.2 燃燒穩(wěn)焰原理及措施 .20 4.3 助燃空氣調(diào)整 .21 4.4 水泵的選擇原則 .22 4.5 油泵的選取原則 .22 4.6 本章小結(jié) .23 第 5 章 噴油嘴參數(shù)確定及點火方式分析 .24 5.1 噴油嘴的幾種類型 .24 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 5.2 不同噴油嘴的性能對比 .24 5.3 不同噴油椎體、噴油椎角對比 .25 5.4 點火方式分析 .26 5.5 本章小結(jié) .27 第 6 章 燃燒污染物的生成機理及防護措施 .28 6.1 主要污染物及危害 .28 6.2 污染物生成機理 .28 6.2.1HC 生成機理 .29 6.2.2CO 生成機理 .29 6.2.3NOx生成機理 .30 6.2.4炭煙生成機理 .31 6.3 污染物減排措施 .31 6.4 本章小結(jié) .32 第 7 章 車用加熱器的改進與提高 .33 7.1 尾氣換熱器 .33 7.2 尾氣換熱器的設(shè)計方案 .33 7.3 尾氣換熱器對加熱器產(chǎn)生的影響分析 .34 7.4 換熱管的設(shè)計與改進分析 .34 7.5 本章小結(jié) .35 第 8 章 結(jié) 論 .36 致 謝 .38 參考文獻 .39 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 第 第 第 第 1 章 章 章 章 緒 緒 緒 緒 論 論 論 論 1.1 課題研究前景 隨 著 社會 的 不 斷 發(fā)展 ， 人 們 對乘 坐 汽 車 的舒 適 性 、 安全 性 要 求 越 來 越 高， 作 為 獨 立熱 源 的 加 熱器 得 到 了 越來 越 廣 泛 的應(yīng) 用 。 在 我國 東 北 和 西北 寒 帶 地 區(qū)， 冬 季 室 外溫 度 一 般 會達 到 零 下 十幾 度 甚 至 零下 幾 十 度 。在 這 樣 的 低溫 下 ， 入 進車 后 會 感 到很 不 適 ， 人們 往 往 會 啟動 汽 車 讓 發(fā)動 機 怠 速 運轉(zhuǎn) 來 進 行 取暖 。 然 而 隨著 燃 油 價 格和 燃 油 稅 的大 幅 度 上 升， 人 們 不 得不 考 慮 減 少燃 油 消 耗 ，特 別 是 減 少發(fā) 動 機 不 必要 的 怠 速 運轉(zhuǎn) 。 車 用 燃油 加 熱 器 正好 滿 足 了 這一 需 求 ， 無論 是 在 駐 車發(fā) 動 機 關(guān) 閉期 間 還 是 在行 車 期 間 加熱 器 均 可 為車 輛 提 供 適宜 的 溫 度 。車 用 加 熱 器不 僅 可 以 在冬 季 或 寒 冷地 區(qū) 進 行 車內(nèi) 取 暖 ， 還可 以 對 汽 車駕 駛 室 前 窗玻 璃 進 行 除霜 ， 并 且 在汽 車 低 溫 冷起 動 時 預(yù) 熱發(fā) 動 機 等 。加 熱 器 的 取暖 、 除 霜 功能 提 高 了 乘車 的 舒 適 性和 行 車 安 全性 。 低 溫 環(huán)境 下 預(yù) 熱 發(fā)動 機 ， 則 解決 了 低 溫 起動 難 、 起 動慢 的 問 題 ，同 時 還 能 有效 地 降 低 低溫 冷 起 動 過程 的 排 放 ，減 少 發(fā) 動 機冷 起 動 磨 損、 延 長 發(fā) 動機 使 用 壽 命、 提 高 發(fā) 動機 燃 油 經(jīng) 濟性 等 。 基 于以 上 種 種 優(yōu)點 ， 加 熱 器得 到 了 迅 猛發(fā) 展 。 目 前， 歐 美 日 等發(fā) 達 國 家 生產(chǎn) 的 各 種 汽車 以 加 熱 器作 為 必 備 的附 屬 系 統(tǒng) 。夏 天 開 空 調(diào)， 冬 天 就 供暖 氣 。 我 國加 熱 器 市 場雖 未 完 全 成熟 ， 但 有 越來 越 多 的 公交 車 、 中 高檔 客 車 、 甚至 轎 車 都 裝配 了 加 熱器 產(chǎn)品 。 目 前 國內(nèi) 加 熱 器 的市 場 狀 況 ，仍 然 是 以 客車 和 城 市 公交 車 以 及 軍 事 用 車配 套 為 主 。在 此 領(lǐng) 域 內(nèi)， 對 加 熱 器熱 功 率 的 要求 呈 越 來 越大 的 趨 勢 ， 熱 功率 在 15KW以 上的 加熱 器訂 貨量 大幅 上升 。 當(dāng) 功率 超過 15KW 時 ， 由于 油 量 比 較大 ， 霧 化 不良 就 會 出 現(xiàn)冒 黑 煙 和 集油 網(wǎng) 燒 損 嚴重 等 問 題 ，離 心 霧 化 式和 蒸 發(fā) 霧 化式 加 熱 器 已不 能 滿 足 大功 率 加 熱 器的 技 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 術(shù) 要 求。 噴 霧 霧 化式 加 熱 器 由于 燃 油 跟 空氣 混 合 充 分， 燃 燒 完 全， 熱 效 率 高， 有 害 排 放少 ， 所 以 要重 點 研 究 噴霧 霧 化 加 熱器 來 滿 足 大功 率 加 熱的 需要 。 1.2 國 內(nèi)外 研究 現(xiàn)狀 1 . 2 . 1 國外 加熱器研 究現(xiàn)狀 在 歐 美發(fā) 達 國 家 ，車 用 加 熱 器已 成 為 汽 車的 標(biāo) 準(zhǔn) 配 置。 現(xiàn) 在 國 外 的 加 熱器 技 術(shù) 已 經(jīng)發(fā) 展 到 較 高的 水 平 。 德國 、 美 國 、日 本 等 都 有專 業(yè) 的 加 熱 器 公司 及 系 列 產(chǎn) 品 。例 如 德 國 Eberspacher 公 司 和 Webasto 公 司 ，日 本的 三國 等。 德 國 的 Webasto 公 司 是 一家 具 有 百 年 歷 史 的跨 國 企 業(yè) ， 是 世界 汽 車 零部 件 百強 企 業(yè)之 一 。 Webasto 公 司自 1952年 設(shè)計 發(fā) 明第 一 臺用 于 客 車發(fā) 動 機的 獨 立的 汽 車采 暖 系統(tǒng) 后 ， l961年 發(fā)明 了 用于 轎 車上 的 泊 車 加熱 (parking heater)， 1999年 又推 出 了應(yīng) 用 于卡 車 上的 加 熱器 空 調(diào)系 統(tǒng) 。 Webasto 公 司加 熱 器自 動 化程 度 很高 ， 其 Scholastic 系 列 產(chǎn) 品 采用 單 片 機 集中 控 制 ， 可以 實 現(xiàn) 自 動換 檔 和 自 動診 斷 檢 測 ，從 而 可 以 提 高 乘 坐 舒 適 性 ， 降 低 駕 駛 員 疲 勞 。 在 產(chǎn) 品 的 小 巧 美 觀 方 面 Webasto 也 取得 了 突破 ， 其研 制 的 Air Top 2000 S 氣 暖加 熱 器的 外 型 尺 寸僅 317 l2l 120mm ， 外殼 由塑 料制 成， 輕巧 別致 。 德 國 Eberspacher 公 司 是 一家 以 發(fā) 動 機 尾 氣 處理 與 汽 車 采 暖 系統(tǒng) 為 主的 跨國 企業(yè) ， 也 是世 界汽 車零 部件 百強 企業(yè) 之一 。 其 早在 1993年 就 與 國內(nèi) 的 河 北 宏業(yè) 公 司 合 作， 共 同 開 發(fā)了 一 系 列 加熱 器 產(chǎn) 品 。目 前 已 擁有 AIRTRONIC、 D5 8 L 、 HYDRONIC 等 多個 系列 十幾 種加 熱器 產(chǎn)品 。 作 為世 界領(lǐng) 先的 車用 加熱 器生 產(chǎn)廠 ， Eberspacher 和 Webasto 都 建有 專 門 的 研究 中 心 ， 在燃 燒 技 術(shù) ，噪 音 控 制 ，溫 度 自 動 化控 制 及 排 放水 平 等 方面 具有 很多 成熟 的經(jīng) 驗和 成果 。 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 1 . 2 . 2 國內(nèi) 加熱器研 究現(xiàn)狀 我 國的 車 用燃 油 加熱 器 與歐 美 相比 起 步較 晚 ， 1965年 才開 始 國內(nèi) 第 一 臺加 熱 器 的 研制 。 由 于 我國 汽 車 工 業(yè)整 體 技 術(shù) 水平 較 低 ， 生產(chǎn) 廠 家 對 加熱 器 技 術(shù) 的投 入 較 少 ，因 此 在 技 術(shù)方 面 長 期 落后 于 發(fā) 達 國家 。 國 內(nèi) 企業(yè) 為 了 提 高自 身 的 技 術(shù)水 平 和 研 發(fā)能 力 ， 不 斷地 開 展 與 國內(nèi) 高 校 的 合作 ， 共 同 進行 車 用 加 熱器 的 開 發(fā) 與研 究 。 其 中河 北 宏 業(yè) 與山 東 大 學(xué)合 作， 北京 京威 與長 安大 學(xué)合 作 。 長 安 大學(xué) 在 降 低 加熱 器 工 作 噪音 、 提 高 點火 性 能 以 及排 放 水 平 等 方 面 進行 了 相 關(guān) 的研 究 。 長 安大 學(xué) 與 北 京京 威 還 合 作開 發(fā) 出 了 CNG 液 體 型 車用 加 熱 器 以及 積 燃 料 加熱 器 。 山 東大 學(xué) 與 河 北宏 業(yè) 經(jīng) 過 多年 的 研 制 開發(fā) 目 前 已 成功 開 發(fā) 了 小功 率 的 蒸 發(fā)霧 化 式 燃 油加 熱 器 、 大功 率 的 噴 霧霧 化 式 液 體型 燃 油 加 熱器 。 其 中 具有 自 主 知 識產(chǎn) 權(quán) 的 YJQ.5小 型 液 體加 熱 器 填 補了 國 內(nèi) 在 轎車 、 微 型 車及 工 程 車 等汽 車 上 應(yīng) 用的 空 白 。該 加熱 器設(shè) 計水 平為 國際 先進 , 國 內(nèi)首 創(chuàng)。 雖 然 現(xiàn)階 段 我 國 的車 用 加 熱 器市 場 還 遠 沒有 成 熟 ， 市場 規(guī) 模 也 遠 沒 有 歐洲 市 場 大 。但 各 中 外 加熱 器 廠 家 已開 始 末 雨 綢繆 ， 積 極 布局 中 國 市場 。 目 前我 國國 內(nèi)生 產(chǎn)加 熱器 的廠 家主 要 有河 北宏 業(yè) 、 北 京京 威 、 河 北南 風(fēng)三 家企 業(yè) 。 和 外資 品牌 相比 ， 國 產(chǎn)車 用加 熱器 產(chǎn)品 性價 比高 在 本 土市 場 具 有 比較 大 的 價 格比 較 優(yōu) 勢 。河 北 宏 業(yè) 公司 依 托 多 年的 技 術(shù) 積 累， 憑 借 價 格優(yōu) 勢 ， 逐 漸開 始 在 市 場上 發(fā) 力 。 據(jù)統(tǒng) 計 河 北 宏業(yè) 占 據(jù) 了國 內(nèi) 加熱 器 市場 65 -70 的份 額 ，擁 有 中通 、 宇通 和 黃海 汽 車 加 熱 器 l00 的 訂單 ， 蘇 州 金龍 加 熱 器 80 的 訂單 ， 廈 門 金龍 加 熱 器 60 的 訂單 。 除 此 之外 ， 河 北 宏業(yè) 還 積 極 拓展 海 外 市 場， 連 續(xù) 三 年參 展 俄 羅斯 車 展 ， 越來 越 多 的 加熱 器 出 口 到俄 羅 斯 、 新西 蘭 等 國 家。 價 格 是把 “ 雙 刃劍 ” ， 國內(nèi) 加熱 器廠 家依 靠價 格優(yōu) 勢取 得 了市 場的 成功 。 但 價 格優(yōu) 勢 不 等 于核 心 競 爭 力， 國 產(chǎn) 加 熱器 的 定 價 已經(jīng) 偏 低 ， 有些 型 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 號 的產(chǎn) 品利 潤率 甚至 降到 了 1 ， 再 降價 空間 不大 ， 甚 至有 可能 隨著 原 材 料 價格 的 上 漲 而上 漲 。 目 前中 國 產(chǎn) 品 的可 靠 性 、 穩(wěn)定 性 還 沒 有得 到 國 際市 場的 普遍 認可 ， 中 國企 業(yè)應(yīng) 該居 安思 危 ， 在 技術(shù) 創(chuàng)新 上下 苦功 ， 進 一步 提高 自身 的核 心競 爭力 。 1 . 2 . 3 國內(nèi) 外的技術(shù) 差距 (1)控 制系 統(tǒng)方 面 ： 國 外的 控制 電路 的集 成化 程度 較高 ， 且 防護 措 施 較 好 德 國 韋 巴斯 托 公 司 研制 的 加 熱 器的 控 制 電 路扳 全 部 采 用集 成 電 路 ，且 外 面 有 一個 防 水 涂 層， 可 靠 性 較高 。 而 國 內(nèi)某 些 產(chǎn) 品 的控 制 電 路 仍然 采 用 了 很多 接 插 件 ，結(jié) 構(gòu) 較 復(fù) 雜， 不 便 于 拆裝 ， 可 靠 性也 較 差 。 在控 制 系 統(tǒng) 的智 能 化 方 面， 也 有 待 提高 。 應(yīng) 該 采用 先 進 的 傳感 器 技 術(shù)和 電子 信息 技術(shù) ，進 一步 提高 加 熱器 的自 動化 水平 。 (2)結(jié) 構(gòu)布 置方 面 ： 與 國外 產(chǎn)品 相比 ， 國 內(nèi)產(chǎn) 品在 結(jié)構(gòu) 的簡 單緊 湊 和 輕 巧方 面 還 有 很大 的 發(fā) 展 空間 。 應(yīng) 該 不斷 采 用 新 型輕 質(zhì) 材 料 如合 成 塑 科 等， 盡 量 用 整體 壓 鑄 部 件代 替 裝 配 件和 焊 接 件 。這 些 要 求 將隨 著 我 們的 機械 制造 水平 的提 高而 得以 實 現(xiàn)。 (3)燃 燒排 放方 面 ： 國 內(nèi)研 制的 加熱 器總 體排 放不 高 ， 但 部分 產(chǎn)品 （ 尤 其是 蒸 發(fā) 霧 化式 ） 存 在 燃燒 室 積 炭 的現(xiàn) 象 ， 熱 效率 也 有 一 定的 提 高 空 間。 今 后 需 要在 助 燃 空 氣流 動 組 織 和燃 油 霧 化 方面 不 斷 改 進， 如 合 理 高效 的 助 燃 空氣 導(dǎo) 流 結(jié) 構(gòu)， 各 級 進 氣孔 的 布 置 方案 ， 研 究 新的 燃 油 霧化 方法 等。 (4)另 外還 可以 改進 換熱 器的 結(jié)構(gòu) ， 通 過提 高高 溫燃 氣與 換熱 介質(zhì) （ 水 或者 空 氣 ） 的換 熱 效 率 來提 高 加 熱 器的 總 體 熱 效率 。 換 熱 器的 結(jié) 構(gòu) 改 進主 要 包 括 換熱 片 的 形 狀和 布 置 方 式， 但 燃 氣 在其 中 的 流 動阻 力 不 能太 大， 否則 排氣 不暢 ，導(dǎo) 致燃 燒 惡化 。 總 之 ，提 高 燃 燒 器的 燃 燒 效 率和 降 低 排 放關(guān) 鍵 要 在 燃燒 器 結(jié) 構(gòu) 和 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 燃 油 霧化 混 合 上 做文 章 ， 以 上各 方 面 有 望借 助 于 新 興的 數(shù) 值 模 擬技 術(shù) 結(jié) 合 先進 的 試 驗 手段 較 快 地 實現(xiàn) ， 本 次 的汽 車 加 熱 器燃 燒 器 設(shè) 計和 燃 燒 霧化 結(jié)構(gòu) 分析 及改 進就 是遵 循這 樣 一種 思路 完成 的。 1.3 課 題主 要研 究內(nèi) 容 本 設(shè) 計基 于 河 北 宏業(yè) YJP-Q系 列 燃油 加 熱 器 為研 究 對 象 。首 先 對 加 熱 器進 行 了 原 理分 析 ， 并 對黃 海 客 車 車廂 熱 負 荷 計算 合 理 匹 配加 熱 器 ， 以 摸清 這些 因素 對加 熱器 性能 的影 響 ， 合 理選 擇水 泵 、 高 壓油 泵 、 合 理 的進 風(fēng) 量 ， 然后 對 加 熱 器進 行 了 尺 寸調(diào) 研 分 析 ，換 熱 管 的 方案 分 析 ； 設(shè)計 了 不 同 規(guī)格 的 尾 氣 換熱 器 并 進 行了 試 驗 ； 對不 同 情 況 的加 熱 器 安 裝方 案 進 行 分析 ； 對 油 嘴分 別 進 行 了不 同 噴 油 角度 、 不 同 噴油 錐 體 、 不同 噴 油 量 的分 析 ， 優(yōu) 化它 們 對 加 熱器 性 能 的 最佳 影 響 情 況。 最 后 對加 熱器 所產(chǎn) 生的 燃燒 污染 物進 行 分析 處理 提出 建議 。 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 第 2 章 車用加熱器簡介 車 用 加熱 器 歷 經(jīng) 近百 年 的 發(fā) 展， 經(jīng) 歷 了 幾個 不 同 的 發(fā)展 階 段 ， 從 最 初 的余 熱 式 到 現(xiàn)在 的 獨 立 燃燒 式 ， 產(chǎn) 品種 類 越 來 越豐 富 ， 技 術(shù)也 越 來 越 先進 。 汽 車 供暖 設(shè) 備 按 所使 用 的 熱 源可 分 為 ： 非獨 立 式 供 暖系 統(tǒng) 和 獨 立式 供 暖 系 統(tǒng)。 非 獨 立 式供 暖 系 統(tǒng) 也稱 余 熱 式 供暖 系 統(tǒng) ， 熱量 來 自 于汽 車發(fā) 動機 的冷 卻熱 水或 廢氣 。 獨 立式 供暖 系統(tǒng) （ 即 汽車 加熱 器 ） 的 工 作獨 立 于 發(fā) 動機 ， 有 自 己單 獨 的 供 風(fēng)、 供 油 和 控制 裝 置 。 目前 ， 國 內(nèi)加 熱器 也逐 漸成 熟， 形成 了多 個 品牌 ，多 種系 列的 產(chǎn)品 。 2.1車 用加 熱器 工作 原理 車 用加 熱器 主要 由五 部分 組成 ， 包 括 ： 控 制系 統(tǒng) 、 燃 料供 給系 統(tǒng) 、 配 風(fēng)系 統(tǒng)、 燃燒 系統(tǒng) 和熱 交換 系統(tǒng) 。 控 制 系統(tǒng) 的 功 能 是通 過 著 火 傳感 器 、 水 溫傳 感 器 等 各種 傳 感 器 的 信 號 ，控 制 加 熱 器的 點 火 、 熄火 過 程 ， 實現(xiàn) 加 熱 器 的過 熱 保 護 ，并 控 制 受熱 體、 燃燒 室及 換熱 介質(zhì) 的溫 度 燃 料 供給 系 統(tǒng) 的 作用 是 通 過 油泵 將 燃 料 以噴 霧 或 燃 油蒸 汽 的 形 式 提 供到 燃燒 室中 。 配 風(fēng) 系統(tǒng) 主 要 由 風(fēng)扇 和 電 機 組成 ， 其 作 用是 配 合 燃 燒室 的 形 狀 以 及 燃 料燃 燒 方 式 ，提 供 助 燃 空氣 ， 使 空 氣在 進 入 燃 燒室 時 具 有 一定 的 速 度和 紊流 度來 優(yōu)化 組織 燃燒 ，保 證 燃燒 的穩(wěn) 定性 和連 續(xù)性 。 燃 燒 系統(tǒng) 是 燃 料 和空 氣 混 合 并燃 燒 的 場 所， 由 燃 燒 室和 點 火 裝 置 組 成 。燃 燒 室 的 結(jié)構(gòu) 及 大 小 因功 率 和 燃 料供 給 方 式 的不 同 而 不 同 點 火 裝 置（ 一 般 是 點火 電 極 ） 的作 用 是 在 加熱 器 起 動 時迅 速 點 燃 可燃 混 合 物。 換 熱 系統(tǒng) 作 為 加 熱器 的 重 要 組成 部 分 ， 其作 用 是 將 燃料 燃 燒 產(chǎn) 生 的 熱 量傳 遞 到 換 熱介 質(zhì) 中 。 換熱 介 質(zhì) 再 通過 管 路 將 熱量 釋 放 到 應(yīng)用 場 合 。 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 工 作 過程 ： 加 熱 器啟 動 時 ， 風(fēng)扇 電 機 和 水泵 電 機 接 通電 源 ， 帶 動 助 燃 空氣 風(fēng) 扇 和 循環(huán) 水 泵 轉(zhuǎn) 動， 同 時 油 泵開 始 給 加 熱器 供 油 ， 油在 燃 燒 室 進口 處 霧 化 并與 從 助 燃 空氣 進 口 進 入的 空 氣 混 合， 由 點 火 電極 點 火 燃 燒， 著 火 傳 感器 將 信 號 傳遞 給 控 制 器， 加 熱 器 開始 正 常 工 作， 產(chǎn) 生 的 高溫 燃 氣 在 燃燒 室 尾 端 折返 180 度 后 進入 熱 交 換 體與 燃 燒 器 之間 所 形 成的 環(huán) 形 空 間， 與 熱 交 換體 中 換 熱 介質(zhì) 換 熱 。 若是 空 氣 加 熱器 ， 則 空 氣吸 熱 后 直 接進 入 車 廂 供暖 ： 而 對 于液 體 加 熱 器， 熱 水 還 要進 入 另 外 的換 熱 器 將 熱量 傳 遞 給 空氣 后 供 車 廂取 暖 和 除 霜用 。 整 個 加熱 器 的 運行 過程 由單 片機 內(nèi)設(shè) 定的 控制 程 序控 制。 加 熱 器控 制 ： 針 對加 熱 器 實 際運 行 中 的 各種 工 況 ， 設(shè)定 了 單 片 機 中 的 加熱 器 控 制 程序 。 加 熱 器的 運 行 控 制包 括 開 機 程序 、 過 熱 保護 、 故 障停 機和 正常 關(guān)機 四個 方面 。 (1)開 機程 序 按 下 開機 按 鈕 ， 加熱 器 啟 動 ，風(fēng) 扇 和 水 泵工 作 ， 控 制器 檢 測 各 元 件 工 作是 否 正 常 ，如 發(fā) 現(xiàn) 任 何故 障 則 點 火過 程 停 止 ，并 通 過 燃 燒指 示 燈 報 警， 用 戶 可 根據(jù) 指 示 燈 閃爍 的 情 況 對照 說 明 書 對加 熱 器 故 障進 行 判 斷 并予 以 排 除 。如 若 點 火 成功 且 著 火 傳感 器 探 測 到火 焰 穩(wěn) 定 后， 點 火 電極 停止 跳火 ，燃 燒指 示燈 亮， 加 熱器 進入 正常 工作 狀態(tài) 。 (2)過 熱保 護 加 熱 器正 常 工 作 時， 對 于 液 暖加 熱 器 ， 通過 安 裝 在 水腔 中 的 溫 度 傳 感器 對加 熱器 進行 過熱 保護 一 般 情況 下設(shè) 定水 溫不 超過 800 ， 當(dāng) 水 溫超 過這 一數(shù) 值時 ， 溫 度傳 感器 將信 號傳 遞給 控制 器 ， 加 熱器 停機 ， 而 當(dāng)水 溫低 于 650 時 加熱 器又 會自 動重 新啟 動 。 如 果因 為水 路循 環(huán)不 暢 而引 起加 熱器 過熱 ， 過 熱傳 感器 動作 ， 供 油中 斷 ， 加 熱器 故障 停機 。 (3)故 障停 機 加 熱 器 運 行 過 程 中 出 現(xiàn) 故 障 自 動 熄 火 ， 控 制 程 序 會 自 動 重 新 點 火 ； 當(dāng) 加熱 器的 工作 電壓 偏離 正常 范圍 （ 一 般為 24V） 時 ， 加 熱器 會停 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 機 并 報警 ； 加 熱 器運 行 時 如 果控 制 器 檢 測到 某 一 元 件不 正 常 時 ，也 會 自 動停 機并 通過 故障 指示 燈報 警 (4)正 常關(guān) 機 在 需要 停機 時按 下關(guān) 機開 關(guān) ， 首 先是 油泵 停止 供油 ， 而 風(fēng)扇 電機 和 水泵 繼續(xù) 運行 ， 帶 動風(fēng) 扇繼 續(xù)供 風(fēng)和 水路 循環(huán) ， 直 到加 熱器 冷卻 后 ， 系 統(tǒng)徹 底停 止運 行 ， 燃 燒指 示燈 熄滅 ， 整 個延 時過 程大 約持 續(xù) 3 分 鐘 。 2.2車 用加 熱器 的分 類 (1)按 燃燒 燃料 分 按 照加 熱器 使用 的燃 料可 將加 熱器 分 為燃 油加 熱器 、 燃 氣加 熱器 、 燃 油 燃氣 雙 燃 料 加熱 器 。 燃 油加 熱 器 主 要以 汽 油 或 柴油 為 主 ， 燃氣 加 熱 器主 要以 壓縮 天然 氣或 液化 石油 氣 為燃 料。 (2)按 換熱 介質(zhì) 分 車 用 加熱 器 按 照 換熱 介 質(zhì) 的 不同 可 以 分 為氣 暖 加 熱 器和 液 暖 加 熱 器 兩 類。 液 暖 加 熱器 主 要 以 循環(huán) 水 作 為 換熱 介 質(zhì) ， 水暖 式 加 熱 器與 發(fā) 動 機 的冷 卻 水 管 路、 空 調(diào) 中 的暖 風(fēng) 芯 子 的水 路 相 通 ，不 僅 可 作 為車 廂 采 暖 除霜 用 ， 而 且可 以 預(yù) 熱 發(fā)動 機 、 潤 滑油 ， 有 利 于低 溫 條 件 下的 發(fā) 動 機 起動 ； 氣 暖 加熱 器 一 般 采用 空 氣 作 為換 熱 介 質(zhì) ，氣 暖 加 熱 器的 換 熱 器 結(jié)構(gòu) 比 水 暖 加熱 器 的 復(fù) 雜， 內(nèi) 表 面 和外 表 面 均 布滿 翅 片 狀 的換 熱 片 ， 可將 被 加 熱 的空 氣 直 接 送往 受 暖 區(qū) 域， 其 最 大 特點 是 供 暖 迅速 及 時 ， 可適 用 于 野 外作 業(yè) 取 暖 之用 。 氣 暖 加熱 器 主 要 用于 對 空 氣 分布 質(zhì) 量 要 求不 高 的 商 用車 輛 如 中 巴車 、 卡 車 、貨 車 、 工 程車 ， 尤 其 是長 途 貨 運車 等。 (3)按 燃燒 室燃 油霧 化方 式分 按 照 燃油 霧 化 方 式， 又 可 將 加熱 器 分 為 蒸發(fā) 霧 化 式 、離 心 霧 化 式 和 噴霧 霧化 式三 類。 噴 霧 式采 用 高 壓 油泵 通 過 噴 嘴將 燃 油 以 油霧 的 形 式 噴入 燃 燒 室 ， 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 霧 化 后的 細 小 液 滴通 過 蒸 發(fā) 擴散 參 與 燃 燒。 與 其 他 霧化 方 式 相 比， 噴 霧 霧 化的 燃 燒 速 度快 ， 效 率 高， 因 此 噴 霧霧 化 式 主 要應(yīng) 用 在 大 功率 的 加 熱 器上 ， 目 前 國外 的 汽 車 加熱 器 多 采 用這 種 方 式 。缺 點 是 小 流量 高 壓 油 泵制 造 困 難 且噴 油 孔 過 細容 易 堵 塞 ，同 時 加 熱 器的 體 積 、 重量 和 成 本也 會因 此增 加。 離 心 式采 用 低 壓 油泵 將 燃 油 滴落 到 高 速 旋轉(zhuǎn) 的 甩 油 盤上 ， 利 用 離 心 力 將燃 油 霧 化 并與 空 氣 混 合燃 燒 。 離 心式 加 熱 器 由于 離 心 霧 化油 滴 較 大 ，且 部 分 油 滴先 甩 到 甩 油盤 外 圍 的 石棉 網(wǎng) 上 ， 再蒸 發(fā) 參 與 燃燒 ， 因 此 其燃 燒 室 單 位體 積 的 熱 功率 會 低 于 噴霧 式 加 熱 器， 離 心 式 適合 于 12 一 24kW的 中等 熱功 率的 加熱 器 。 同 時油 滴直 徑受 到甩 油盤 的轉(zhuǎn) 速影 響 ， 容 易隨 電機 轉(zhuǎn)速 而產(chǎn) 生波 動 ， 從 而導(dǎo) 致加 熱器 的工 作狀 態(tài)不 穩(wěn)定 ， 存 在低 溫啟 動困 難和 排放 較高 等問 題 ，應(yīng) 用較 少。 蒸 發(fā) 霧化 式 加 熱 器的 結(jié) 構(gòu) 比 較簡 單 ， 一 般采 用 流 量 很小 的 低 壓 電 磁 泵 將燃 油 輸 送 到燃 燒 室 頭 部的 燃 油 吸 附網(wǎng) 上 ， 燃 油受 熱 蒸 發(fā) 后被 助 燃 空 氣卷 吸 進 燃 燒室 參 與 燃 燒。 缺 點 是 熱功 率 較 小 ，同 時 由 于 蒸發(fā) 混 合 不均 勻 ， 局 部燃 油過 濃 ， 容 易將 燃油 吸附 網(wǎng)堵 死并 導(dǎo)致 燃燒 室 積炭 。 2.3車 用加 熱器 的用 途 (1)低 溫起 動 柴 油發(fā) 動機 在低 溫環(huán) 境中 冷起 動比 較 困難 ， 在 -20 時 采用 常規(guī) 手 段 幾乎 不能 起動 ， 而 裝配 加熱 器后 可保 證發(fā) 動機 在 -40 低 溫環(huán) 境下 順 利 可 靠地 起 動 ， 這對 于 冬 季 或高 原 嚴 寒 地區(qū) 的 車 輛 起動 具 有 重 要的 意 義 。 發(fā)動 機 經(jīng) 加 熱器 預(yù) 熱 后 ，可 提 高 氣 缸、 活 塞 、 活塞 環(huán) 及 各 摩擦 副 和 機油 溫 度， 由 此能 大 大降 低 啟動 阻 力。 例 如在 -40 時 ， M520B 型 發(fā) 動 機預(yù) 熱后 其發(fā) 動機 的熱 態(tài)啟 動阻 力 矩為 220N m ， 而 進行 冷啟 動時 的 阻 力 矩則 為 323N.m， 熱 態(tài)啟 動 時 發(fā) 動機 的 阻 力 矩下 降 32%， 啟 動轉(zhuǎn) 速 增 加 20r/min， 因被 預(yù)熱 的機 體對 所進 冷空 氣也 有 一定 的加 熱作 用 ， 從 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 而 提 高了 缸 內(nèi) 氣 體壓 縮 終 了 的溫 度 和 壓 力： 另 外 ， 加熱 器 還 可 以加 熱 蓄 電 池， 從 而 提 高蓄 電 池 的 輸出 功 率 ， 以增 加 起 動 電機 的 啟 動 力矩 ， 提 高 發(fā)動 機 啟 動 轉(zhuǎn)速 。 總 之 ，裝 配 加 熱 器對 發(fā) 動 機 預(yù)熱 后 ， 發(fā) 動機 在 低 溫條 件下 的啟 動較 為容 易。 (2)采 暖 采 暖 是加 熱 器 的 主要 用 途 ， 是加 熱 器 研 制的 初 衷 ， 在低 溫 或 潮 濕 陰 冷 環(huán)境 中 ， 車 輛運 行 時 需 要向 車 廂 內(nèi) 供暖 ， 一 些 專用 運 輸 車 也需 配 置 保 溫設(shè) 施 ， 由 于加 熱 器 的 體積 小 ， 結(jié) 構(gòu)緊 湊 ， 熱 效率 高 ， 因 此采 用 獨 立 式燃 油 加 熱 器是 最 佳 選 擇。 目 前 加 熱器 主 要 用 于轎 車 ， 客 車， 以 及 花 卉、 鮮 活 魚 類等 的 運 輸 車。 此 外 ， 可結(jié) 合 特 殊 用途 的 需 要 ，將 加 熱 器應(yīng) 用到 軍事 滅菌 車 、 救 護車 等車 輛上 ， 同 時還 可為 野外 帳篷 供暖 ， 由 于體 積小 適合 單兵 攜帶 ，因 此在 軍 事上 有著 廣泛 的應(yīng) 用前 景。 (3)除 霜 冬 季 當(dāng)環(huán) 境 溫 度 較低 時 ， 車 內(nèi)由 于 人 呼 吸等 原 因 產(chǎn) 生的 溫 度 相 對 較 高 的水 蒸 汽 容 易使 汽 車 駕 駛室 前 風(fēng) 擋 玻璃 處 結(jié) 霜 ，影 響 司 機 視線 ， 導(dǎo) 致 交通 事 故 的 發(fā)生 。 加 熱 器提 供 的 熱 氣可 以 使 前 風(fēng)擋 玻 璃 處 形成 一 道 熱風(fēng) 幕， 防止 霜的 形成 ，提 高駕 駛 的安 全性 。 (4)減 少機 件之 間的 摩擦 力， 延緩 零件 損 壞 發(fā) 動 機啟 動 磨 損 主要 由 分 子 機械 磨 損 和 腐蝕 機 械 磨 損引 起 。 分 子 機 械 磨損 指 金 屬 表面 相 互 接 觸， 發(fā) 生 相 當(dāng)運 動 時 在 金屬 零 件 表 面發(fā) 生 的 類 似于 金 屬 切 削的 磨 損 。 腐蝕 一 機 械 磨摜 是 指 發(fā) 動機 在 低 熱 狀態(tài) 工 作 ， 水蒸 汽 凝 結(jié) 在氣 缸 壁 上 ，其 中 溶 有 的酸 氣 引 起 的磨 損 發(fā) 動機 預(yù) 熱 后 ，能 夠 縮 短 形成 油 膜 潤 滑所 需 的 時 間， 使 分 子 機械 磨 損 量 減小 。 另 一 方面 ， 對 發(fā) 動機 進 行 預(yù) 熱后 ， 可 以 縮短 發(fā) 動 機 溫度 升 高 所 需的 時 間 ，從 而減 少了 腐蝕 機械 磨損 量。 (5)降 低汽 車冷 起動 時的 有害 排放 發(fā) 動 機冷 起 動 時 由于 氣 缸 壁 和燃 燒 室 壁 面溫 度 低 ， 燃油 霧 化 質(zhì) 量 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 差 以 及多 個 循 環(huán) 后才 著 火 等 一系 列 因 素 ，使 得 發(fā) 動 機起 動 后 及 隨后 一 段 時間 內(nèi)排 氣中 有害 物 CO、 HC 和 微粒 的捧 放濃 度比 正常 工作 時高 出 幾 十 倍 ，而 采 用 加 熱器 預(yù) 熱 后 ，能 夠 提 高 缸壁 溫 度 ， 改善 霧 化 質(zhì) 量， 減 少 著火 前的 空循 環(huán)次 數(shù)， 顯著 降低 上 述污 染物 的排 放量 。 2.4加 熱器 在汽 車上 的安 裝 如 圖 2-1 是 客 車中 的 加 熱 器安 裝 布 置 示意 圖 。 水 暖式 加 熱 器 有兩 種 布置 方式 ： 串 聯(lián)式 和獨 立式 。 串 聯(lián)方 式不 僅可 以對 發(fā)動 機進 行預(yù) 熱 ， 又 可 以利 用 發(fā) 動 機的 余 熱 ， 具有 節(jié) 能 優(yōu) 勢。 獨 立 方 式不 能 對 發(fā) 動機 進 行 預(yù)熱 ，但 是控 制較 為簡 單。 具體 安 裝方 案詳 見圖 紙。 圖 2-1 加 熱器 安裝 布置 示意 圖 2.5加 熱器 的發(fā) 展趨 勢 當(dāng) 前國 內(nèi)外 燃油 加熱 器的 發(fā)展 趨勢 主 要表 現(xiàn)在 以下 幾個 方面 : (l)燃 料方 面不 再是 單一 的燃 油加 熱器 ， 開 始采 用排 放低 、 經(jīng) 濟性 好 的 壓縮 天 然 氣 和液 化 石 油 氣作 燃 料 。 目前 己 成 功 開發(fā) 出 燃 氣 加熱 器 及 燃 氣燃 油 兩 用 加熱 器 ， 但 相關(guān) 技 術(shù) 還 未成 熟 ， 所 以產(chǎn) 品 還 沒 有投 入 市 場 (2)燃 燒 與 換 熱 方 面 燃 燒 系 統(tǒng) 和 換 熱 系 統(tǒng) 是 加 熱 器 最 為 重 要 的 部 分 ， 因此 提 高 加 熱器 的 燃 燒 效率 與 換 熱 效率 是 提 高 加熱 器 整 體 熱效 率 的 最 有效 的 兩 種 途徑 。 在 提 高燃 燒 效 率 方面 ， 預(yù) 蒸 發(fā)燃 燒 是 一 種較 為 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 先 進 的燃 燒 方 式 。熱 交 換 器 方面 ， 現(xiàn) 在 大多 數(shù) 加 熱 器均 采 用 螺 旋式 水 腔 進 行換 熱 ， 因 加熱 器 結(jié) 構(gòu) 尺寸 的 限 制 使該 類 換 熱 器換 熱 面 積 受到 制 約 ， 熱量 損 失 較 大， 加 熱 器 熱效 率 較 低 ，因 此 提 高 熱交 換 器 換 熱效 率 是 很有 意義 的工 作 (3)控 制系 統(tǒng)方 面國 內(nèi)加 熱器 控制 電路 集 成化 程度 低 ， 而 且防 護措 施 不 到位 ， 因 此 研制 結(jié) 構(gòu) 簡 單， 操 作 方 便， 便 于 拆 裝， 可 靠 性 高的 控 制 系 統(tǒng)十 分 重 要 。通 過 引 入 單片 機 為 控 制核 心 ， 目 前加 熱 器 控 制器 已 成 功 集成 了 遠 程 遙控 啟 動 、 工作 過 程 中 對進 、 出 水 溫度 和 捧 氣 溫度 的 實 時 監(jiān)控 等 一 系 列功 能 。 但 是隨 著 電 路 集成 化 程 度 的進 一 步 提 高， 應(yīng) 該 采 用先 進 的 傳 感器 技 術(shù) 和 電子 信 息 技 術(shù)， 進 一 步 提高 加 熱 器 的自 動 化 水平 ，目 前國 外加 熱器 廠商 在這 方 面做 了許 多研 究。 (4)數(shù) 值 模 擬 技 術(shù) 的 應(yīng) 用 起 初 在 加 熱 器 的 研 制 的 過 程 中 往 往 采 用 經(jīng) 驗 與試 驗 相 結(jié) 合的 方 法 ， 先憑 借 經(jīng) 驗 設(shè)計 試 制 出 樣機 ， 然 后 再對 樣 機 進 行試 驗 ， 根 據(jù)試 驗 的 情 況再 做 迸 一 步改 進 ， 最 后確 定 新 產(chǎn) 品的 結(jié) 構(gòu) 、 尺寸 等 各 項 技術(shù) 指 標(biāo) 。 這種 研 發(fā) 模 式成 本 高 ， 并且 設(shè) 計 周 期長 ， 一 旦 樣機 出 現(xiàn) 問 題較 多 ， 就 要對 其 進 行 大幅 度 的 改 動， 甚 至 要 重新 制 作 樣機 ， 延 長了 產(chǎn)品 從設(shè) 計到 問世 的時 間 ， 不 利于 加熱 器產(chǎn) 業(yè)的 發(fā)展 。 近 年 來， 隨 著 計 算機 技 術(shù) 的 不斷 發(fā) 展 和 進步 ， 數(shù) 值 模擬 技 術(shù) 在 各個 工 程 技 術(shù)領(lǐng) 域 得 以 應(yīng)用 ， 對 新 產(chǎn)品 的 設(shè) 計 和完 善 有 重 要的 指 導(dǎo) 意 義。 采 用 數(shù) 值模 擬 技 術(shù) 結(jié)合 試 驗 的 方法 可 以 大 大降 低 新 產(chǎn) 品研 發(fā) 的 成 本， 縮 短 設(shè)計 周期 。 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 第 第 第 第 3 章 章 章 章 黃海客車加熱器功 率的匹配計算 黃?？蛙嚰訜崞鞴?率的匹配計算 黃?？蛙嚰訜崞鞴?率的匹配計算 黃海客車加熱器功 率的匹配計算 隨著汽車工業(yè)的發(fā)展和人民生活水平的提高 ， 為解決冬季汽車發(fā) 動 機的冷 起動 和司 乘人 員的 取暖 問題 ，降低 起動 與暖 機過 程中 的排 放 ， 實現(xiàn)車窗除霜 、 車內(nèi)取暖 ， 目前加裝獨立式燃油加熱器的車輛越 來越多 。 如何給車輛匹配一臺合適的加熱器 ， 是我們首先考慮的問題 。 3.1 車內(nèi)空氣升溫所需加熱器的功率 當(dāng)環(huán)境溫度較低 ， 車輛發(fā)動機的余熱不能滿足取暖空間的要求時 ， 需要汽車加熱器為車輛提供熱能，以保證車內(nèi)合適的溫度。下面為丹 東黃海某車型參數(shù)（表 3.1） ，確定加熱器功率的計算方法。 表 3.1 丹東黃?？蛙嚰夹g(shù)參數(shù) 丹東黃?？蛙?項 目 單 位 指 標(biāo) 外形尺寸 m m 7990X23 50X3240 軸距 m m 3800 額定乘員（含駕駛員） 人 1933 車廂內(nèi)高 m m 1920 最高車速 Km / h 1 2 0 發(fā)動機型號 YC4112ZL Q Q Q Q 額定功率 kw/ r 132/230 最大扭矩 N m / r 660/1400 噪聲 dB 115 質(zhì)量 K gK K K 400 3 . 1 . 1 一般 車輛加熱 器功率的 計算方法 按交通部 JT/T325-2002 營運客車類型劃分及等級評定 ， 乘客人 均采暖量 1880千焦 / 小時。 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 丹東黃海 客車額定乘員（含 駕駛員） 19-33人，則所 需加熱器發(fā) 熱量 Qmax=33 1880=62040千焦 / 小時 =17.2kW。 3 . 1 . 2 汽車 加熱器功 率的計算 方法 由于車輛散熱部位較多，外部環(huán)境差別較大，熱量損失的計算比 較復(fù)雜，國內(nèi)廠家在為車輛選配加熱器時，往往根據(jù)國外類似車型配 備加熱器功率的大小或按客車等級評定人均取暖量要求，估計確定。 由于實際車輛在車速范圍 、 車廂保溫材料以及車廂密封情況等的差別 ， 往往會造成加熱器選配不合理、不科學(xué)的問題，因此通過計算分析， 得出不同車輛配備加熱器的通用公式，將是極有意義的。 車輛運行時，加熱器主要為加熱車廂中的空氣提供熱量，要在克 服通過車輛外表向外界環(huán)境散熱的同時，使車廂內(nèi)空氣溫度保持在一 個合理的范圍內(nèi)，這時的熱平衡關(guān)系可表示為： W k t- Cp m T=K F T t (3 1) 其中： W k 為加熱器功率 (Kw) Cp 為空氣的定壓比熱（ KJ/Kg K) m 是客車內(nèi)部的空氣質(zhì)量（ Kg) T 為客車的內(nèi)外溫差（ K) F 為當(dāng)量散熱面積 ， F= F wF n （ 3 2 ） Fn 和 Fw 分別為車廂的內(nèi)外散熱面積（） t 是加熱時間（ s ） K 是廂體的總傳熱系數(shù)（ W/ K) 廂體的總傳熱系數(shù) K 由下式計算： K=K0 +K （ 3 3 ） K 0 是車廂的傳熱系數(shù)，公式為： 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 0 1 1 1 1n n n K n w = + + （ 3 4 ） 式中 n 為廂體內(nèi)壁散熱系數(shù)， n 60KJ/( h ) ， w 為廂體外壁散熱系數(shù)，與車速有關(guān)， 當(dāng)車速為 40 /h, w 146KJ/( h ) ， n 為汽車廂體隔熱材料厚度（ m ） ， n 為 汽車廂體隔熱材料傳熱系數(shù)（ W/ K ） K 代表因車廂漏氣而影響散熱量所對應(yīng)的傳熱系數(shù) K =（ 0.2-0.6） K 0 （ 3 5 ） 由以上關(guān)系可確定加熱器功率 Wk 。 表 3.2計算參考參數(shù) 丹東黃海客車 外形尺寸（車外） mm 7 990 2 350 3240 外形尺寸（車內(nèi)） mm 6 990 2 200 1920 外部散熱面積 Fw 1 05 內(nèi)部散熱面積 Fn 6 6 玻璃窗面積 F 玻 1 8 內(nèi)外最大溫差 T K 5 5 加熱時間 t min 3 0 車速 / h 4 0 3 . 1 . 3 車窗 玻璃散熱 量 車窗玻璃散熱量 Q 1 =K 玻 F 玻 T t (3-6) 式中 K 玻 一玻璃窗的傳熱系數(shù)（一般取 K 玻 =23KJ/h K ） F 玻 一玻璃窗的面積 ( ) T-車內(nèi)外最大溫差 (K) t-加熱時間 (h) 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 將表 3.2中所給值代入式 (3-6)計算得 W 1 =11385kJ 3 . 1 . 4 車壁 散熱量 車壁散熱量 Q 2 的計算式為 Q 2 =K F T t (3-7) 為計算方便可將全部壁面都簡單地按多層均勻平壁計算 由表 3.2和式 (3-2)可得當(dāng)量散熱面積（不包括車窗玻璃 ） ， F= F wF n =64.6 己知所選隔熱材料聚苯乙烯泡沫塑料的厚度 n 為 0. 04m， n 為 0.1254KJ/h m 由前面己知廂體內(nèi)壁散熱系數(shù) n 60 KJ/( h ) ；在車 速 40km/h時取廂體外壁散熱系數(shù) w 146KJ/( h ) 將以上已知數(shù) 值代入式 (3 4)可得車廂的傳熱系數(shù)為 K 0 =l/(0.024+0.32)=2.91KJ/h 再將 K 0 值代入式 (3 3)得廂體總傳熱系數(shù)為 K=K0 +K =l.4 K 0 =4.07KJ/h 車壁散熱損失為 Q 2 =K F T t=7230 36kJ 3 . 1 . 5 窒內(nèi) 空氣溫升 所需熱量 Q 3 = Cp m T (3-8) 式中 Cp 為空氣比熱， 1.005KJ/(kg K)； m 為車內(nèi)空氣質(zhì)量， kg； T 為溫差， K ； 其中車內(nèi)空氣質(zhì)量 m 用密度 l.205kg/m 與體積的乘積計算， 考慮新風(fēng)換熱，每人所需新風(fēng)量為 llm /h， 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 總空氣體積為 V=V1 +V2 V l 為車室內(nèi)空氣體積 29.5m ； V 2 為新風(fēng)量， 30 分鐘的進風(fēng)量為 V 2 =11 33/2=181.5m V=V1 +V2 =29.5+181.5=211m , 將以上各值代入式 (3-8)得 Q 3 = Cp m T=1.005 211 1.205 55=14054KJ 則所需熱量為 Q 需 =Q1 +Q2 +Q3 =32669kJ 若需要 30 分鐘加熱到設(shè)定溫度，其所需加熱器功率為 W K = Q 需 /t=32669/1800=18.15K W 3 . 1 . 6 小結(jié) 以上給出了車內(nèi) 空間加熱的加熱器功率選擇的計算 方法，實際計 算結(jié)果比按 營運客車類型劃分及等級評定 計算出的結(jié)果較大 ， 營 運客車類型劃分及等級評定選擇的加熱器功率并不能滿足車輛取暖 要求 ， 實際加熱時間要大于 30 分鐘 ， 在實際應(yīng)用中需要等待溫升的時 間較長，因此汽車加熱器的選擇需要根據(jù)具體車輛的具體情況進行詳 細計算。 3.2 發(fā)動機冷起動斫需加熱器的功率 自從利用汽車加熱器對發(fā)動機預(yù)熱以來，雖然各種發(fā)動機的材料 和結(jié)構(gòu)各有不同，但可根據(jù)發(fā)動機的基本情況確定選用多大功率的加 熱器，以便對發(fā)動機預(yù)熱時間進行計算，這對于軍用車輛在低溫下迅 速進入戰(zhàn)備狀態(tài)有積極意義。 發(fā)動機冷起動時，燃油加熱器的發(fā)熱量主要用來加熱冷卻液和發(fā) 動機機體 。 一般車輛發(fā)動機要求在 30 分鐘以內(nèi)將發(fā)動機機體溫度升高 到指定的溫度水平 (+40 以上 ) ， 即可輕松起動成功 。 加熱器所需功率 可采用以下計算方法： 加熱循環(huán)系統(tǒng)冷卻液所需熱量 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 Q l =Cp1 m1 T 1 (3-9) 式中 Cpl 為冷卻液的比熱， 4.2KJ/(kg K)； T 1 是冷卻液加熱前后溫差， K ； m 1 為冷卻液的質(zhì)量， kg。 假設(shè)水溫同樣升高 55K，冷卻液容積 30 升，密度 l000 kg/m ， 則 Q 1 = 4.2 1000 0.03 55=693kJ 預(yù)熱發(fā)動機機體所需熱量 Q 2 =Cp2 m 2 T 2 (3-10) 式中 Cp2 為發(fā)動機材料的比熱， 0.47KJ/(kg K)； T 2 是加熱前后材料的溫差， K; 考慮到發(fā)動機缸體不能全部加熱到設(shè)定溫度，溫差按中間值選取 m 1 為發(fā)動機的質(zhì)量， kg。 Q 2 =0.47 400 55/2=5170kJ 加熱器的熱功率 W F =(Q1 +Q2 )/t （ 3-11） 式中 t 為加熱到設(shè)定溫度所需時間（秒） 將計算所得 Q 1 、 Q 2 值代入式（ 3-11）得 W F =(Q1 +Q2 )/t=3.26kw 3.3 加熱器功率的確定 根據(jù)上述計算關(guān)系，可確定與客車相匹配的加熱器熱功率 W=max(Wk， W F ) 取空氣加 熱和發(fā)動機預(yù)熱所 需加熱器功率的 最大值，為 18.15kw。根 據(jù)以上計算分析本次設(shè)計的加熱器功率為 20Kw。 3.4 冷起動所需時間的計算和驗證 選好加熱器功率后，即可計算出發(fā)動機低溫起動加熱到設(shè)定溫度 所需時間。 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 按發(fā)動機從 -25 升到 +45 Q 1 =Cpl m 1 T 1 =4.2 1000 0.010 70= 2940 kJ Q 2 =Cp2 m 2 T 2 =0.47 400 70/2=6580kJ Q F =Q1 +Q2 = 9520kJ 所需加熱時間 t=QF /W 加 6580/20=476s 8min 3 . 5 本章 小結(jié) 實際測試結(jié)果和計算值誤差在 2%之內(nèi) ， 說明采用這種計算方法對 于發(fā)動機低溫起動的計算具有一定的實際意義。 這種方法在實際中另一次應(yīng)用是，原印度產(chǎn) NT743Cummius發(fā)動 機，在青 海錫鐵山二礦安裝 了 16kW的液體加 熱器，從 -2 加熱到 78 自動停機 ，用時 29 分鐘。加 熱器停機時發(fā)動機 外表溫度在 40 左 右。其發(fā) 動機內(nèi)裝 18 升防凍液 ，凈重 1190kg，按上面 的計算方法所 需時間為 29.6分鐘。說明該方法是有效的。 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 第 第 第 第 4 章 章 章 章 加熱器燃燒室配風(fēng) 及水泵、 加熱器燃燒室配風(fēng) 及水泵、 加熱器燃燒室配風(fēng) 及水泵、 加熱器燃燒室配風(fēng) 及水泵、 油泵的選取問題 油泵的選取問題 油泵的選取問題 油泵的選取問題 一個完整的燃燒過程包括著火 、 燃燒和燃盡三個階段 。 三個階段沒有 明顯的界限 ， 但是在整個燃燒過程均需要合理的配風(fēng) ， 以強化混合和燃燒 。 合理的配風(fēng)對各次配風(fēng)量和空氣的流動方式均有嚴格的要求 ， 以達到著火 快速，燃燒充分的目的。 . 燃燒室配風(fēng)原則 （ 1 ）總供風(fēng)量分多次進入燃燒室，即多次供風(fēng)。為了避免結(jié)構(gòu)過于 復(fù)雜 ， 通常采用一 、 二次風(fēng)的兩次供風(fēng)方式 。 一次風(fēng)也稱為根部風(fēng) ， 位于 噴霧錐的根部 ， 目的是在噴霧著火前強化燃油和空氣的混合 。 一次風(fēng)約占 總風(fēng)量的 ， 風(fēng)量太大可能破壞著火條件 。 視燃油密度大小 取得恰當(dāng)?shù)闹?，如若燃用重油?yīng)取上限值。 （ 2 ）在燃燒的前期和后期均需要達到燃料和空氣的強烈混合。燃燒 前期 ， 除了一次風(fēng)外的其他供風(fēng)應(yīng)在燃燒室前端就能與燃油噴霧均勻而強 烈的混合 ， 空燃比滿足燃料的可燃極限 。 氣流的擴散角度應(yīng)小于燃油霧化 角度 ， 以使空氣能夠切入油霧 ， 與燃油摻混 。 要達到這一目的 ， 通常采用 氣流與噴霧射流交叉流動或者組織旋流 “ 卷吸 ” 燃料 。 在燃燒后期的火焰 擴展過程中 ， 燃料與空氣的混合也應(yīng)該強烈 ， 以保證燃燒充分 ， 這也要求 較高的二次或三次風(fēng)流速。 （ 3 ）在距離噴嘴一定距離處應(yīng)該組織一個高溫燃氣的回流區(qū)，以使 火焰穩(wěn)定 。 該回流區(qū)的流速應(yīng)該與火焰?zhèn)鞑ニ俣认噙m應(yīng)才能既保證穩(wěn)焰又 不將火焰吹滅，因此通常為低速回流區(qū)。 .2 燃燒穩(wěn)焰原理及措施 為了使火焰穩(wěn)定 ， 必須有一個穩(wěn)定的著火熱源 。 燃燒室內(nèi)部必須要有 哈爾濱工業(yè)大學(xué)華德應(yīng)用技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 一個低速區(qū) ， 該區(qū)域的氣流速度與火焰?zhèn)鞑ニ俣冉咏?， 才能確保火焰穩(wěn)定 燃燒 。 氣體流速過高會造成脫火 ， 即火焰被吹滅 ； 反之 ， 會造成回火凹引 。 因此，任何一種燃燒裝置都需要設(shè)計相應(yīng)的穩(wěn)焰結(jié)構(gòu)。穩(wěn)焰措施如下： （ 1 ） 直流環(huán)狀射流穩(wěn)焰 ： 即在燃燒筒內(nèi)放置一塊擋板使氣流在擋板后 形成低速回流區(qū) ， 其流場為環(huán)狀噴出流束包圍著的一個負壓區(qū) ， 氣流呈渦 旋狀態(tài)。此種類型的穩(wěn)焰器有平板型和錐型。 （ 2 ） 旋轉(zhuǎn)環(huán)狀射流穩(wěn)焰 ： 是由于流束中心位置的誘導(dǎo)流股不足 ， 而產(chǎn) 生負壓環(huán)流區(qū) 。 該形式的旋流可以通過蝸殼式配風(fēng)器或切向葉片旋流器產(chǎn) 生，而且可以通過改變旋流器的旋度而形成不同大小和旋度的回流區(qū)。 （ 3 ） 同軸射流穩(wěn)焰 ： 它是在環(huán)形射流內(nèi)側(cè) ， 中心射流外側(cè) ， 兩股射流 邊界層的連接處 ， 產(chǎn)生兩個旋轉(zhuǎn)方向相反的渦流 。 同軸射流產(chǎn)生的關(guān)鍵是 兩股射流要有速度差。 （ 4 ） 反向射流穩(wěn)焰 ： 是由兩股逆向射流形成低速回流區(qū) 。 但是反向射 流穩(wěn)焰技術(shù)尚處于試驗研究階段，還未推廣使用。 4.3 助燃空氣調(diào)整 （ 1 ） 在允許的范圍內(nèi)增加一次風(fēng)供風(fēng)量有助于縮短火焰 ， 這是因為增 加了燃燒初期參與燃燒的燃料的比重 ， 縮短了火焰?zhèn)鞑ゾ嚯x 。 這可以通過 增大一次風(fēng)進氣孔或者增加孔數(shù)來實現(xiàn)。 （ 2 ） 增強助燃空氣的旋流度是非常有效的縮短火焰長度的措施 ， 這可 以通 過改變切 向進氣孔 的布置來 實現(xiàn)。 不過助燃 空氣旋流 程度也不 能太 大 ， 否則氣流擴張角過大 ， 不利于與燃油噴霧的混合 ， 還會造成過大的壓 力損失。 綜上所述 ： 本設(shè)計采用助燃空氣進口是一個 210 的扇形氣口 ， 氣口 開度的大小是由 180 扇形調(diào)風(fēng)板調(diào)節(jié)，