CN103175672B - 一种模拟风沙冲击的工程机械用散热器风洞及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种模拟风沙冲击的工程机械用散热器风洞及其使用方法，包括一个风筒，风筒包括依次连接的空气进口段、正面吹风段、侧面和底面吹风段、沙漏控制段、散热器模块、稳定测速段、风速测量装置。采用三台不同直径、叶片数量和叶片夹角的吹风风扇产生组合气流，根据统计分析实际风速变化规律，采用伪蒙特卡罗方法仿真控制风扇变频电机的频率，模拟野外大风流动情况。不同直径的砂石存储在沙漏中，通过丝杠调整沙漏底部漏沙的面积，控制漏沙数量，沙漏中部的滤网，可筛除尺寸较大的砂石。通过三台风扇产生的气流卷起滤网滤下的砂石，冲击到散热器模块上，判断散热器模块是否达到抵抗风沙的强度，实现模拟风沙冲击的工程机械用散热器的过程。

Description

一种模拟风沙冲击的工程机械用散热器风洞及其使用方法

技术领域

本发明涉及一种实验装置，尤其涉及一种模拟风沙冲击的工程机械用散热器风洞及其使用方法。

背景技术

工程机械具有工作全负荷、环境温度高、振动冲击大、连续工作时间长的特点，设计散热器模块一般考虑解决热负荷问题。然而，在戈壁、沙漠中工作的工程机械，非常容易受到大风卷起的粉尘和风沙冲击发动机舱的情况，高速的沙粒会将散热器的翅片打坏并堵塞其流动，从而影响散热器模块的正常使用。因此对工程机械的热管理***，不仅要考虑热负荷情况，对散热器模块的高强度、抗泥尘性也有较高要求。当散热器翅片的厚度较厚时，有较高的强度，但有质量重、成本高的缺点，而翅片厚度太薄时，又无法抵御风沙造成的翅片变形及损坏。如果有这样的实验设备能实际模拟戈壁、沙漠上，大风吹卷砂石冲击散热器模块的情况，能够检测其耐受强度，并确定散热器的厚度，将具有较大的实用价值。目前汽车散热器风洞主要检测散热器的换热和流动阻力情况，不具有模拟散热器模块受风沙冲击的功能。

发明内容

本发明的目的就是为了解决上述问题，提供一种模拟风沙冲击的工程机械用散热器风洞及其使用方法，该装置可以模拟野外环境中不同风速卷起砂石吹击散热器模块的情况，判断工程机械用散热器翅片的厚度是否满足强度要求。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种模拟风沙冲击的工程机械用散热器风洞，包括一个风筒，所述风筒包括依次连接的空气进口段、正面吹风段、侧面和底面吹风段、沙漏控制段、散热器模块、稳定测速段、风速测量装置；所述正面吹风段内设有正面吹风风扇，所述正面吹风风扇安装在正面吹风风扇的变频电机上；所述侧面和底面吹风段的侧面设有侧向风筒，所述侧面和底面吹风段的底面设有底面风筒，所述侧向风筒内设有侧面吹风风扇，所述侧面吹风风扇安装在侧面吹风风扇的变频电机上，所述底面风筒内设有底面吹风风扇，所述底面吹风风扇安装在底面吹风风扇的变频电机上；所述沙漏控制段正上方设有沙漏。

所述沙漏上方设有滤网，所述沙漏下方设有横向丝杠。

所述正面吹风风扇包括7个不等距的叶片组成，按顺时针每个叶片的中心线的角度分别为：43°、47°、53°、49°、57°、59°。底面吹风风扇的直径为正面吹风风扇直径的1/3，由5个不等距的叶片组成，按顺时针每个叶片的中心线的角度分别为：71°、67°、73°、77°、72°。侧面吹风风扇的直径为正面吹风风扇直径的1/2，由5个不等距的叶片组成，按顺时针每个叶片的中心线的角度分别为：79°、71°、70°、67°、73°。经有限元模态分析发现，不同叶片和角度的吹风风扇组合中，上述风扇组合产生的共振最少。

所述沙漏用于存储砂石，所述沙漏下方的丝杠用于调整沙漏底部漏沙的面积，以达到控制漏沙量的作用。

所述滤网用于筛除尺寸较大的砂石，根据不同需要，滤网的过滤精度为0.8mm-1.5mm，滤网的材质为不锈钢合金。

所述的散热器模块包括水散热器、增压中冷器、油散热器及它们的组合，水散热器、增压中冷器、油散热器的结构型式为不开窗管带式、波纹带式、锯齿形、梯形带和管片式，材料为铜合金及铝合金。

所述模拟风沙冲击的工程机械用散热器风洞的具体使用方法为：搜集野外风速流动变化，统计出分布规律，然后通过变频电机控制风扇的转动速度，使风扇转动卷吸起的气流组合后，使组合的气流流动变化和实际气流类似实现模拟风沙冲击的目的；

所述风扇的转动速度的具体控制方法为：

根据野外环境中气流的流动规律，采用伪蒙特卡罗方法模拟调整风扇转速变化情况，

正面吹风风扇转速n1符合韦伯分布规律，变化一次持续10秒钟：

n1＝2000·(-lnr_i)^0.42

底面吹风风扇转速n2符合韦伯分布规律，变化一次持续10秒钟：

n2＝1800·(-lnr_i)^0.37

侧面吹风风扇转速n3符合韦伯分布规律，变化一次持续10秒钟：

n3＝1600·(lnr_i)^0.45

其中r_i为伪随机数，采用素数模乘同余法模拟：

X_i＝16897·X_i-1(mod(2³²-1))

r_i＝X_i/(2³²-1)

上式mod（）代表取余的意思，X_i为自然数，其中X₀＝3319；i随变化次数自然增加，i为大于0的自然数。

所述风速测量装置，采用毕托管在试验段后的稳定测速段的圆管截面上按等环面积布置的六个测点进行测量，得到三种风扇的配合的气流的风速。

本发明采用三台吹风风扇模拟大风吹砂石的过程，所述正面吹风风扇、侧面吹风风扇和地面吹风风扇的直径和角度不同可以减少吹风过程引起的共振现象。根据采集和统计分析出的野外实际风速变化规律，采用蒙特卡罗方法构造韦伯分布的伪随机数，调整变频电机的频率，从而控制风扇的转动速度，然后用毕托管测量和记录通过风洞的风速。不同直径的砂石存储在沙漏中，采用丝杠，通过丝杠把转动变成移动，用于调整沙漏底部漏沙的面积，以达到控制漏沙量的作用，沙漏的中部是一材质为不锈钢合金的滤网，过滤精度为0.8mm-1.5mm，用于筛除尺寸较大的砂石。通过三台风扇的气流卷起滤网滤下的砂石，冲击到散热器模块上，判断散热器模块是否达到抵抗风沙的强度。实现模拟风沙冲击的工程机械用散热器的过程。

本发明专利的有益效果是：

（1）采用三台不同直径，不同叶片角度和不同位置的风扇，基于蒙特卡罗方法控制风扇转速，产生气流模拟实际大气中气流的运动；

（2）采用沙漏及控制漏沙量的装置模拟大风卷吸风沙的数量；

（3）采用滤网滤除大直径的砂石，使卷吸风沙的直径的分布与实际沙漠和戈壁的风沙直径类似，整体上模拟实际工程机械在沙漠和戈壁作业时，风沙冲击散热器模块的情况，实现模拟风沙冲击的工程机械用散热器的过程，可以减少实车实验的情况，极大缩短了新产品设计周期，并提高了产品的强度和使用耐久性。

附图说明

图1（a）是本发明的正视图；

图1（b）是本发明的俯视图；

图1（c）是本发明的侧视图；

图2是正面吹风风扇的具体结构与叶片布置方式；

图3是侧面吹风风扇的具体结构与叶片布置方式；

图4是底面吹风风扇的具体结构与叶片布置方式；

图5是沙漏及控制漏沙量的装置的具体结构；

其中，1.空气进口段，2.正面吹风风扇的变频电机，3.正面吹风风扇，4.侧面吹风风扇，5.侧面吹风风扇的变频电机，6.侧向风筒，7.底面吹风风扇的变频电机，8.底面吹风风扇，9.底面风筒，10.沙漏，11.散热器模块，12.稳定测速段，13.风速测量装置，14.滤网，15.丝杠。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

如图1（a）-图1（c）所示，一种模拟风沙冲击的工程机械用散热器风洞，包括一个风筒，所述风筒包括依次连接的空气进口段1、正面吹风段、侧面和底面吹风段、沙漏控制段、散热器模块11、稳定测速段12、风速测量装置13；所述正面吹风段内设有正面吹风风扇3，所述正面吹风风扇3安装在正面吹风风扇的变频电机2上；所述侧面和底面吹风段的侧面设有侧向风筒6，所述侧面和底面吹风段的底面设有底面风筒9，所述侧向风筒6内设有侧面吹风风扇4，所述侧面吹风风扇4安装在侧面吹风风扇的变频电机5上，所述底面风筒9内设有底面吹风风扇8，所述底面吹风风扇8安装在底面吹风风扇的变频电机7上；所述沙漏控制段正上方设有沙漏10。

所述沙漏10上方设有滤网14，所述沙漏10下方设有横向丝杠15。

所述正面吹风风扇3包括7个不等距的叶片组成，按顺时针每个叶片的中心线的角度分别为：43°、47°、53°、49°、57°、59°。底面吹风风扇8的直径为正面吹风风扇3直径的1/3，由5个不等距的叶片组成，按顺时针每个叶片的中心线的角度分别为：71°、67°、73°、77°、72°。侧面吹风风扇4的直径为正面吹风风扇3直径的1/2，由5个不等距的叶片组成，按顺时针每个叶片的中心线的角度分别为：79°、71°、70°、67°、73°。

所述沙漏10用于存储砂石，所述沙漏10下方的丝杠15用于调整沙漏10底部漏沙的面积，以达到控制漏沙量的作用。

所述滤网14用于筛除尺寸较大的砂石，根据不同需要，滤网14的过滤精度为0.8mm-1.5mm，滤网14的材质为不锈钢合金。

所述的散热器模块11包括水散热器、增压中冷器、油散热器及它们的组合，水散热器、增压中冷器、油散热器的结构型式为不开窗管带式、波纹带式、锯齿形、梯形带和管片式，材料为铜合金及铝合金。

所述模拟风沙冲击的工程机械用散热器风洞的具体使用方法为：搜集野外风速流动变化，统计出分布规律，然后通过变频电机控制风扇的转动速度，使风扇转动卷吸起的气流组合后，使组合的气流流动变化和实际气流类似实现模拟风沙冲击的目的；

所述风扇的转动速度的具体控制方法为：

根据野外环境中气流的流动规律，采用伪蒙特卡罗方法模拟调整风扇转速变化情况，

正面吹风风扇3转速n1符合韦伯分布规律，变化一次持续10秒钟：

n1＝2000·(lnr_i)^0.42

底面吹风风扇8转速n2符合韦伯分布规律，变化一次持续10秒钟：

n2＝1800·(lnr_i)^0.37

侧面吹风风扇4转速n3符合韦伯分布规律，变化一次持续10秒钟：

n3＝1600·(-lnr_i)^0.45

其中r_i为伪随机数，采用素数模乘同余法模拟：

X_i＝16897·X_i-1(mod(2³²-1))

r_i＝X_i/(2³²-1)

上式mod（）代表取余的意思，X_i为自然数，其中X₀＝3319；i随变化次数自然增加，i为大于0的自然数。

所述风速测量装置13，采用毕托管在试验段后的稳定测速段的圆管截面上按等环面积布置的六个测点进行测量，得到三种风扇的配合下气流的实际流速。

风扇为吹风方式送风，大部分气流由正面吹风风扇3提供，侧面吹风风扇4和底面吹风风扇8产生的气流与正面吹风风扇3产生的气流交织在一起，模拟实际外界大气中气流流动情况。沙漏10在三个风扇的后面，经沙漏10筛出的沙粒在三个风扇形成的气流的作用下，冲向散热器模块11，模拟实际沙漠、戈壁的风沙冲击散热器模块11的情况。经过散热器模块11的气流通过稳定测速段12，把气流的速度稳定下来，然后通过皮托管测量其流速。

如图2所示，正面吹风风扇3由7个不等距（指角度不等）的叶片组成，沿a1到a7按顺时针每个叶片的中心线的角度分别为：43°、47°、53°、49°、57°、59°。

如图3所示，侧面吹风风扇4的直径为正面吹风风扇3直径的1/2，由5个不等距（指角度不等）的叶片组成，按顺时针沿b1到b5每个叶片的中心线的角度分别为：79°、71°、70°、67°、73°风扇的角度不同。

如图4所示，底面吹风风扇8的直径为正面吹风风扇3直径的1/3，由5个不等距的叶片组成，按顺时针沿c1到c5每个叶片的中心线的角度分别为：71°、67°、73°、77°、72°。

如图5所示，沙漏10中间有滤网14用于控制沙粒的直径，下面采用丝杠15控制沙漏10的底板，通过丝杠15把转动变成移动，用于调整沙漏10底部漏沙的面积，以达到控制漏沙量的作用。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (1)

1.一种模拟风沙冲击的工程机械用散热器风洞的使用方法，其特征是，所述模拟风沙冲击的工程机械用散热器风洞包括一个风筒，所述风筒包括依次连接的空气进口段、正面吹风段、侧面和底面吹风段、沙漏控制段、散热器模块、稳定测速段、风速测量装置；所述正面吹风段内设有正面吹风风扇，所述正面吹风风扇安装在正面吹风风扇的变频电机上；所述侧面和底面吹风段的侧面设有侧向风筒，所述侧面和底面吹风段的底面设有底面风筒，所述侧向风筒内设有侧面吹风风扇，所述侧面吹风风扇安装在侧面吹风风扇的变频电机上，所述底面风筒内设有底面吹风风扇，所述底面吹风风扇安装在底面吹风风扇的变频电机上；所述沙漏控制段正上方设有沙漏；所述沙漏上方设有滤网，所述沙漏下方设有横向丝杠；所述正面吹风风扇由7个不等距的叶片组成，按顺时针每个叶片的中心线的角度分别为：43°、47°、53°、49°、57°、59°、52°；所述底面吹风风扇的直径为正面吹风风扇直径的1/3，由5个不等距的叶片组成，按顺时针每个叶片的中心线的角度分别为：71°、67°、73°、77°、72°；所述侧面吹风风扇的直径为正面吹风风扇直径的1/2，由5个不等距的叶片组成，按顺时针每个叶片的中心线的角度分别为：79°、71°、70°、67°、73°；根据不同需要，所述滤网的过滤精度为0.8mm-1.5mm，滤网的材质为不锈钢合金；所述的散热器模块是水散热器、增压中冷器或油散热器，水散热器、增压中冷器或油散热器的结构型式为不开窗管带式、波纹带式、锯齿形、梯形带或管片式，材料为铜合金或铝合金；所述风速测量装置，采用毕托管在稳定测速段的圆管截面上按等环面积布置的六个测点进行测量，记录三种风扇配合后气流的不同风速；

其使用方法是：搜集野外风速流动变化，统计出分布规律，然后通过变频电机控制风扇的转动速度，使风扇转动卷吸起的气流组合后，使组合的气流流动变化和实际气流类似实现模拟风沙冲击的目的；

所述风扇的转动速度的具体控制方法为：

根据野外环境中气流的流动规律，采用伪蒙特卡罗方法模拟调整风扇转速变化情况，

正面吹风风扇转速n1符合韦伯分布规律，变化一次持续10秒钟：

n1＝2000·(-l nr_i)^0.42

底面吹风风扇转速n2符合韦伯分布规律，变化一次持续10秒钟：

n2＝1800·(-l nr_i)^0.37

侧面吹风风扇转速n3符合韦伯分布规律，变化一次持续10秒钟：

n3＝1600·(-l nr_i)^0.45

其中r_i为伪随机数，采用素数模乘同余法模拟：

X_i＝16897·X_i-1(mod(2³²-1))

r_i＝X_i/(2³²-1)

上式mod()代表取余的意思，X_i为自然数，其中X₀＝3319；i随变化次数自然增加，i为大于0的自然数。