液冷式發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻風(fēng)扇

液冷汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的冷卻風(fēng)扇是冷卻系重要部件之一，如果設(shè)計(jì)優(yōu)良，匹配合理，則鳳扇在工作時(shí)其功率消耗僅為發(fā)動(dòng)機(jī)額定功率的3~5%。為了保證發(fā)動(dòng)機(jī)正常工作，對風(fēng)扇提出了各種要求：如提供足夠的風(fēng)量;有一定的扇風(fēng)壓頭值以便克服系統(tǒng)阻力;消耗功率要小;容積效率要高且等效率區(qū)域?qū)掗煟M可能在高效率區(qū)域工作;要求噪聲低;結(jié)構(gòu)重量輕和成本低。因此，風(fēng)扇的設(shè)計(jì)和使用正確與否對發(fā)動(dòng)機(jī)有效的工作起著重要作用。

液冷式發(fā)動(dòng)機(jī)風(fēng)扇的結(jié)構(gòu)型式及其特點(diǎn)

車用冷卻風(fēng)扇從結(jié)構(gòu)型式可分為軸流式和離心式兩種。在液冷發(fā)動(dòng)機(jī)上應(yīng)用比較廣泛的是軸流式風(fēng)扇。軸流式風(fēng)扇從葉片的結(jié)構(gòu)型式又可分為剛性和撓性兩種。

1.剛性葉片風(fēng)扇

剛性葉片是指風(fēng)扇葉片在工作時(shí)沒有可見的彈性變形。葉片的斷面型式又可分為機(jī)翼型、薄板型及導(dǎo)流型。

（1）機(jī)翼型葉片

這種葉型的風(fēng)扇其葉片斷面結(jié)構(gòu)比較合理，葉片的空氣動(dòng)力性能好，效率高，適應(yīng)于高速運(yùn)轉(zhuǎn)。但由于它的斷面形狀要求嚴(yán)格，制造成本高，所以它漸漸為薄板型葉片所代替。

（2）薄板型葉片

由于此種葉片便于沖壓成型，結(jié)構(gòu)簡單，生產(chǎn)效率高，所以廣泛地應(yīng)用在車用發(fā)動(dòng)機(jī)上。其葉型可分為三種：直葉風(fēng)扇由于結(jié)構(gòu)簡單，故便于組織生產(chǎn)。前彎葉片風(fēng)扇由于葉片前端有一部分向前彎曲，所以運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)它所排除的空氣不完全為軸流，而有一部分氣流和軸近似成45。方向向側(cè)面排出，這樣就能減少排風(fēng)時(shí)的背壓，提高了使用效率。另外，前彎葉片風(fēng)扇在運(yùn)轉(zhuǎn)中能減少噪聲強(qiáng)度。它的缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，安裝時(shí)軸向尺寸稍大。鏟型葉片風(fēng)扇葉片形似小鏟，一般是前端寬后端窄。采用這種葉形是想充分利用風(fēng)扇葉片在周向安裝時(shí)前端有較大的空間的特點(diǎn)，并且利用了葉片前端效率高的特點(diǎn)，適當(dāng)增加扇風(fēng)面積而設(shè)計(jì)的。

（3）導(dǎo)流型

導(dǎo)流型風(fēng)扇是最近發(fā)展起來的，其特點(diǎn)是在葉片的工作面上有導(dǎo)流葉片，它的作用是使風(fēng)扇運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)給氣流導(dǎo)向，在結(jié)構(gòu)尺寸相同的條件下，導(dǎo)流風(fēng)扇比一般鳳扇能提高扇風(fēng)量及靜壓，使整個(gè)特性得到改善。但這種葉片工藝性差，實(shí)際使用較少。

2.撓性葉片風(fēng)扇

撓性葉片鳳扇在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中葉片的投影寬度隨轉(zhuǎn)速的提高而變化。所以葉片在空氣中的作用面積也就變化，風(fēng)扇的扇風(fēng)量隨之改變。風(fēng)扇的驅(qū)動(dòng)功率得到明顯改善。葉片在工作時(shí)能變形是由于材質(zhì)很薄而形成。另外風(fēng)扇葉片和托板的聯(lián)接方式也促使風(fēng)扇在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)葉片的質(zhì)量中心對托板的支點(diǎn)產(chǎn)生一個(gè)力矩，使葉片的投影寬度改變。撓性風(fēng)扇由于葉片的材質(zhì)很薄，為防止工作過程圖1撓：性風(fēng)`扇中葉面的腐蝕損壞必須進(jìn)行防腐處理。這種風(fēng)扇雖然性能很好，但由于它本身的特殊要求而沒有廣泛使用，只在一些極個(gè)別的要求高的車輛中使用。

液冷式發(fā)動(dòng)機(jī)影響風(fēng)扇工作性能的因素

冷卻風(fēng)扇自身性能好壞在很大程度上是由它的結(jié)構(gòu)因素決定的。結(jié)構(gòu)因素一般指：風(fēng)扇直徑、葉片數(shù)目、葉片安裝角、葉片寬度、葉片弦寬與其拱高和葉片弦寬與葉片圓弧半徑的比值等因素。

（1）風(fēng)扇直徑對風(fēng)扇工作性能的影響

風(fēng)扇的直徑和性能關(guān)系極為密切，一般在總布置允許的情況下盡量加大風(fēng)扇直徑而降低使用轉(zhuǎn)速，這樣在達(dá)到同樣風(fēng)量、風(fēng)壓的情況下，能夠減少驅(qū)動(dòng)風(fēng)扇的功率消耗，提高發(fā)動(dòng)機(jī)的有效功率，改善經(jīng)濟(jì)性，減少噪聲強(qiáng)度，改善使用舒適性。所以說，風(fēng)扇的外徑尺寸一般是由總布置和散熱器的正面積尺寸所決定 。

（2）葉片數(shù)目對風(fēng)扇工作性能的影響

葉片的數(shù)目決定了風(fēng)扇扇風(fēng)面積的大小。一般風(fēng)扇葉片數(shù)越多則扇風(fēng)面積越大，相應(yīng)提供的風(fēng)量也大，靜壓高，功率消耗加大。

（3）葉片寬度對風(fēng)扇工作性能的影響

葉片寬度的大小反映了鳳扇的扇風(fēng)面積的變化。增加風(fēng)扇葉片的寬度能使風(fēng)扇提供的風(fēng)量、靜壓、功率消耗有不同程度的增加。如果各參數(shù)選擇得合理，空氣動(dòng)力性能利用得好，其效率也會(huì)有一定的提高。但鳳量超過一定值時(shí)效率反而下降。葉片寬度的選擇必須和其它參數(shù)相配合才能達(dá)到預(yù)期的效果，否則適得其反。例如某風(fēng)扇直徑為φ570mm，由于安裝風(fēng)扇離合器輪毅直徑太大，則使葉片很短，為了得到足夠量的空氣流量而加大了葉片的寬度，葉片數(shù)增加到8葉，使用37度的安裝角。由于其參數(shù)選擇得極不合理，造成空氣動(dòng)力性能的惡化，雖然風(fēng)量、靜壓有所提高，低其效率僅為22%，實(shí)際使用效率更低 。

（4）葉片表面裝導(dǎo)流片對風(fēng)扇工作性能的影響

在風(fēng)扇葉片表面加裝導(dǎo)流片的目的是為了改變其空氣動(dòng)力性能，減少氣流的干擾，防止回流，提高風(fēng)扇的性能。

大部分的冷卻液是以水和其他添加物（如乙二醇）混合之后使用，因此也有人將此種發(fā)動(dòng)機(jī)稱為水冷式發(fā)動(dòng)機(jī)。液冷式發(fā)動(dòng)機(jī)或是引擎常見于螺旋槳活塞發(fā)動(dòng)機(jī)或者是汽車的引擎使用上。早期的設(shè)計(jì)還分為加壓與不加壓兩種型態(tài)。不加壓的意思是指冷卻管線當(dāng)中的壓力與外界大氣壓力相同，加壓則以密閉的方式維持一個(gè)較高的壓力。

加壓的液冷式發(fā)動(dòng)機(jī)的散熱效果較好，發(fā)動(dòng)機(jī)可以較高的轉(zhuǎn)速持續(xù)運(yùn)作，使用在飛機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)上面時(shí)，比較不會(huì)受到高度的影響而大幅減弱散熱的效果。

發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水泵的效率比普通離心泵低 10% ～20%，而國內(nèi)發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水泵的效率與國外 相比也存在明顯差距，效率低7% ～15%． 為了提 高發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水泵的效率，許多學(xué)者在性能預(yù)測和 內(nèi)部流動(dòng)等方面開展了大量研究工作，并在此基礎(chǔ) 上對發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水泵的水力性能進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì) 與結(jié)構(gòu)改進(jìn)． 性能預(yù)測是能量特性研究的重要組成部分， CFD 數(shù)值模擬方法可預(yù)測揚(yáng)程及效率，大大減輕了 設(shè)計(jì)人員的工作量，顯著提高了設(shè)計(jì)效率和準(zhǔn)確程 度． 應(yīng)用數(shù)值模擬方法預(yù)測了發(fā)動(dòng)機(jī)冷 卻水泵的性能，預(yù)測值比實(shí)驗(yàn)值稍高但總體趨勢一 致．對3 個(gè)典型的發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水泵模 型進(jìn)行了數(shù)值計(jì)算，求出各個(gè)部件的水力損失，對 損失系數(shù)進(jìn)行回歸分析，得到了各個(gè)部件的水力損 失和泵中結(jié)構(gòu)參數(shù)之間的關(guān)系( 損失系數(shù)與雷諾 數(shù)、比轉(zhuǎn)數(shù)之間的數(shù)學(xué)關(guān)系) ，建立了各部件水力損 失模型和性能預(yù)測模型。

大部分的冷卻液是以水和其他添加物（如乙二醇）混合之后使用，因此也有人將此種發(fā)動(dòng)機(jī)稱為水冷式發(fā)動(dòng)機(jī)。液冷式發(fā)動(dòng)機(jī)或是引擎常見于螺旋槳活塞發(fā)動(dòng)機(jī)或者是汽車的引擎使用上。早期的設(shè)計(jì)還分為加壓與不加壓兩種型態(tài)。不加壓的意思是指冷卻管線當(dāng)中的壓力與外界大氣壓力相同，加壓則以密閉的方式維持一個(gè)較高的壓力。

加壓的液冷式發(fā)動(dòng)機(jī)的散熱效果較好，發(fā)動(dòng)機(jī)可以較高的轉(zhuǎn)速持續(xù)運(yùn)作，使用在飛機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)上面時(shí)，比較不會(huì)受到高度的影響而大幅減弱散熱的效果 。

相對于氣冷式發(fā)動(dòng)機(jī)，液冷式發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)比較復(fù)雜，生產(chǎn)上的精密度要求也比較高。對飛機(jī)的使用來說，液冷式發(fā)動(dòng)機(jī)雖然有冷卻水箱以及管線的體積，但是在正面的截面積上還是比氣冷式發(fā)動(dòng)機(jī)要小，飛行時(shí)產(chǎn)生的阻力也較低?？墒窃谧鲬?zhàn)中管線發(fā)生損壞的時(shí)候，液冷式發(fā)動(dòng)機(jī)很快就會(huì)因?yàn)槿狈τ行У睦鋮s而無法繼續(xù)運(yùn)作，相對于氣冷式發(fā)動(dòng)機(jī)而言，對抗作戰(zhàn)損壞的能力較差。

相對于氣冷式發(fā)動(dòng)機(jī)，液冷式發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)比較復(fù)雜，生產(chǎn)上的精密度要求也比較高。對飛機(jī)的使用來說，液冷式發(fā)動(dòng)機(jī)雖然有冷卻水箱以及管線的體積，但是在正面的截面積上還是比氣冷式發(fā)動(dòng)機(jī)要小，飛行時(shí)產(chǎn)生的阻力也較低?？墒窃谧鲬?zhàn)中管線發(fā)生損壞的時(shí)候，液冷式發(fā)動(dòng)機(jī)很快就會(huì)因?yàn)槿狈τ行У睦鋮s而無法繼續(xù)運(yùn)作，相對于氣冷式發(fā)動(dòng)機(jī)而言，對抗作戰(zhàn)損壞的能力較差。

相對于氣冷式發(fā)動(dòng)機(jī)，液冷式發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)比較復(fù)雜，生產(chǎn)上的精密度要求也比較高。對飛機(jī)的使用來說，液冷式發(fā)動(dòng)機(jī)雖然有冷卻水箱以及管線的體積，但是在正面的截面積上還是比氣冷式發(fā)動(dòng)機(jī)要小，飛行時(shí)產(chǎn)生的阻力也較低?？墒窃谧鲬?zhàn)中管線發(fā)生損壞的時(shí)候，液冷式發(fā)動(dòng)機(jī)很快就會(huì)因?yàn)槿狈τ行У睦鋮s而無法繼續(xù)運(yùn)作，相對于氣冷式發(fā)動(dòng)機(jī)而言，對抗作戰(zhàn)損壞的能力較差。

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加壓的液冷式發(fā)動(dòng)機(jī)的散熱效果較好，發(fā)動(dòng)機(jī)可以較高的轉(zhuǎn)速持續(xù)運(yùn)作，使用在飛機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)上面時(shí)，比較不會(huì)受到高度的影響而大幅減弱散熱的效果。