一種模擬風沙衝擊的工程機械用散熱器風洞及其使用方法

2023-07-17 16:04:36 1

專利名稱：一種模擬風沙衝擊的工程機械用散熱器風洞及其使用方法
技術領域：
本發明涉及一種實驗裝置，尤其涉及一種模擬風沙衝擊的工程機械用散熱器風洞及其使用方法。
背景技術：
工程機械具有工作全負荷、環境溫度高、振動衝擊大、連續工作時間長的特點，設計散熱器模塊一般考慮解決熱負荷問題。然而，在戈壁、沙漠中工作的工程機械，非常容易受到大風捲起的粉塵和風沙衝擊發動機艙的情況，高速的沙粒會將散熱器的翅片打壞並堵塞其流動，從而影響散熱器模塊的正常使用。因此對工程機械的熱管理系統，不僅要考慮熱負荷情況，對散熱器模塊的高強度、抗泥塵性也有較高要求。當散熱器翅片的厚度較厚時，有較高的強度，但有質量重、成本高的缺點，而翅片厚度太薄時，又無法抵禦風沙造成的翅片變形及損壞。如果有這樣的實驗設備能實際模擬戈壁、沙漠上，大風吹卷砂石衝擊散熱器模塊的情況，能夠檢測其耐受強度，並確定散熱器的厚度，將具有較大的實用價值。目前汽車散熱器風洞主要檢測散熱器的換熱和流動阻力情況，不具有模擬散熱器模塊受風沙衝擊的功能。

發明內容
本發明的目的就是為了解決上述問題，提供一種模擬風沙衝擊的工程機械用散熱器風洞及其使用方法，該裝置可以模擬野外環境中不同風速捲起砂石吹擊散熱器模塊的情況，判斷工程機械用散熱器翅片的厚度是否滿足強度要求。為了實現上述目的，本發明採用如下技術方案:一種模擬風沙衝擊的工程機械用散熱器風洞，包括一個風筒，所述風筒包括依次連接的空氣進口段、正面吹風段、側面和底面吹風段、沙漏控制段、散熱器模塊、穩定測速段、風速測量裝置；所述正面吹風段內設有正面吹風風扇，所述正面吹風風扇安裝在正面吹風風扇的變頻電機上；所述側面和底面吹風段的側面設有側向風筒，所述側面和底面吹風段的底面設有底面風筒，所述側向風筒內設有側面吹風風扇，所述側面吹風風扇安裝在側面吹風風扇的變頻電機上，所述底面風筒內設有底面吹風風扇，所述底面吹風風扇安裝在底面吹風風扇的變頻電機上；所述沙漏控制段正上方設有沙漏。所述沙漏上方設有濾網，所述沙漏下方設有橫向絲槓。所述正面吹風風扇包括7個不等距的葉片組成，按順時針每個葉片的中心線的角度分別為:43°、47°、53°、49°、57°、59°。底面吹風風扇的直徑為正面吹風風扇直徑的1/3，由5個不等距的葉片組成，按順時針每個葉片的中心線的角度分別為:71°、67°、73°、77°、72°。側面吹風風扇的直徑為正面吹風風扇直徑的1/2，由5個不等距的葉片組成，按順時針每個葉片的中心線的角度分別為:79°、71°、70°、67°、73°。經有限元模態分析發現，不同葉片和角度的吹風風扇組合中，上述風扇組合產生的共振最少。所述沙漏用於存儲砂石，所述沙漏下方的絲槓用於調整沙漏底部漏沙的面積，以達到控制漏沙量的作用。所述濾網用於篩除尺寸較大的砂石，根據不同需要，濾網的過濾精度為
0.8mm-1.5mm,濾網的材質為不鏽鋼合金。所述的散熱器模塊包括水散熱器、增壓中冷器、油散熱器及它們的組合，水散熱器、增壓中冷器、油散熱器的結構型式為不開窗管帶式、波紋帶式、鋸齒形、梯形帶和管片式，材料為銅合金及鋁合金。所述模擬風沙衝擊的工程機械用散熱器風洞的具體使用方法為:搜集野外風速流動變化，統計出分布規律，然後通過變頻電機控制風扇的轉動速度，使風扇轉動卷吸起的氣流組合後，使組合的氣流流動變化和實際氣流類似實現模擬風沙衝擊的目的；所述風扇的轉動速度的具體控制方法為:根據野外環境中氣流的流動規律，採用偽蒙特卡羅方法模擬調整風扇轉速變化情況，正面吹風風扇轉速nl符合韋伯分布規律，變化一次持續10秒鐘:nl = 2000 (-1nri)0'42底面吹風風扇轉速n2符合韋伯分布規律，變化一次持續10秒鐘:n2 = 1800 (-1nri)0.37側面吹風風扇轉速 n3符合韋伯分布規律，變化一次持續10秒鐘:
n3 = 1600 (Inri)0'45其中Ti為偽隨機數，採用素數模乘同餘法模擬: Xi = 16897 Xh (mod (232_1))T1 = Xi/(232-l)上式mod 代表取餘的意思，Xi為自然數，其中Xtl = 3319 ；i隨變化次數自然增力口，i為大於0的自然數。所述風速測量裝置，採用畢託管在試驗段後的穩定測速段的圓管截面上按等環面積布置的六個測點進行測量，得到三種風扇的配合的氣流的風速。本發明採用三臺吹風風扇模擬大風吹砂石的過程，所述正面吹風風扇、側面吹風風扇和地面吹風風扇的直徑和角度不同可以減少吹風過程引起的共振現象。根據採集和統計分析出的野外實際風速變化規律，採用蒙特卡羅方法構造韋伯分布的偽隨機數，調整變頻電機的頻率，從而控制風扇的轉動速度，然後用畢託管測量和記錄通過風洞的風速。不同直徑的砂石存儲在沙漏中，採用絲槓，通過絲槓把轉動變成移動，用於調整沙漏底部漏沙的面積，以達到控制漏沙量的作用，沙漏的中部是一材質為不鏽鋼合金的濾網，過濾精度為
0.8mm-1.5mm,用於篩除尺寸較大的砂石。通過三颱風扇的氣流捲起濾網濾下的砂石,衝擊到散熱器模塊上，判斷散熱器模塊是否達到抵抗風沙的強度。實現模擬風沙衝擊的工程機械用散熱器的過程。本發明專利的有益效果是:(I)採用三臺不同直徑，不同葉片角度和不同位置的風扇，基於蒙特卡羅方法控制風扇轉速，產生氣流模擬實際大氣中氣流的運動；(2)採用沙漏及控制漏沙量的裝置模擬大風卷吸風沙的數量；(3)採用濾網濾除大直徑的砂石，使卷吸風沙的直徑的分布與實際沙漠和戈壁的風沙直徑類似，整體上模擬實際工程機械在沙漠和戈壁作業時，風沙衝擊散熱器模塊的情況，實現模擬風沙衝擊的工程機械用散熱器的過程，可以減少實車實驗的情況，極大縮短了新產品設計周期，並提高了產品的強度和使用耐久性。


圖1 (a)是本發明的正視圖；圖1 (b)是本發明的俯視圖；圖1 (C)是本發明的側視圖；圖2是正面吹風風扇的具體結構與葉片布置方式；圖3是側面吹風風扇的具體結構與葉片布置方式；圖4是底面吹風風扇的具體結構與葉片布置方式；圖5是沙漏及控制漏沙量的裝置的具體結構；其中，1.空氣進口段，2.正面吹風風扇的變頻電機，3.正面吹風風扇，4.側面吹風風扇，5.側面吹風風扇的變頻電機，6.側向風筒，7.底面吹風風扇的變頻電機，8.底面吹風風扇，9.底面風筒，10.沙漏，11.散熱器模塊，12.穩定測速段，13.風速測量裝置，14.濾網，15.絲槓。
具體實施例方式下面結合附圖與實施例對本發明作進一步說明。如圖1 (a)-圖1 (C)所示，一種模擬風沙衝擊的工程機械用散熱器風洞，包括一個風筒，所述風筒包括依次連接的空氣進口段1、正面吹風段、側面和底面吹風段、沙漏控制段、散熱器模塊11、穩定測速段12、風速測量裝置13 ;所述正面吹風段內設有正面吹風風扇3，所述正面吹風風扇3安裝在正面吹風風扇的變頻電機2上；所述側面和底面吹風段的側面設有側向風筒6，所述側面和底面吹風段的底面設有底面風筒9，所述側向風筒6內設有側面吹風風扇4，所述側面吹風風扇4安裝在側面吹風風扇的變頻電機5上，所述底面風筒9內設有底面吹風風扇8，所述底面吹風風扇8安裝在底面吹風風扇的變頻電機7上；所述沙漏控制段正上方設有沙漏10。所述沙漏10上方設有濾網14，所述沙漏10下方設有橫向絲槓15。所述正面吹風風扇3包括7個不等距的葉片組成，按順時針每個葉片的中心線的角度分別為:43°、47°、53°、49°、57°、59°。底面吹風風扇8的直徑為正面吹風風扇3直徑的1/3，由5個不等距的葉片組成，按順時針每個葉片的中心線的角度分別為:71°、67°、73°、77°、72°。側面吹風風扇4的直徑為正面吹風風扇3直徑的1/2，由5個不等距的葉片組成，按順時針每個葉片的中心線的角度分別為:79°、71°、70°、67°、73°。所述沙漏10用於存儲砂石，所述沙漏10下方的絲槓15用於調整沙漏10底部漏沙的面積，以達到控制漏沙量的作用。所述濾網14用於篩除尺寸較大的砂石，根據不同需要，濾網14的過濾精度為
0.8mm-1.5mm,濾網14的材質為不鏽鋼合金。所述的散熱器模塊11包括水散熱器、增壓中冷器、油散熱器及它們的組合，水散熱器、增壓中冷器、油散熱器的結構型式為不開窗管帶式、波紋帶式、鋸齒形、梯形帶和管片式，材料為銅合金及鋁合金。所述模擬風沙衝擊的工程機械用散熱器風洞的具體使用方法為:搜集野外風速流動變化，統計出分布規律，然後通過變頻電機控制風扇的轉動速度，使風扇轉動卷吸起的氣流組合後，使組合的氣流 流動變化和實際氣流類似實現模擬風沙衝擊的目的；所述風扇的轉動速度的具體控制方法為:根據野外環境中氣流的流動規律，採用偽蒙特卡羅方法模擬調整風扇轉速變化情況，正面吹風風扇3轉速nl符合韋伯分布規律，變化一次持續10秒鐘:nl = 2000 (Inri)0'42底面吹風風扇8轉速n2符合韋伯分布規律，變化一次持續10秒鐘:n2 = 1800 (Inri)0.37側面吹風風扇4轉速n3符合韋伯分布規律，變化一次持續10秒鐘:n3 = 1600 (-1nri)0'45其中Ti為偽隨機數，採用素數模乘同餘法模擬:Xi = 16897 Xi^1 (mod(232-l))T1 = Xi/(232-l)上式mod 代表取餘的意思，Xi為自然數，其中Xtl = 3319 ；i隨變化次數自然增力口，i為大於0的自然數。所述風速測量裝置13，採用畢託管在試驗段後的穩定測速段的圓管截面上按等環面積布置的六個測點進行測量，得到三種風扇的配合下氣流的實際流速。風扇為吹風方式送風，大部分氣流由正面吹風風扇3提供，側面吹風風扇4和底面吹風風扇8產生的氣流與正面吹風風扇3產生的氣流交織在一起，模擬實際外界大氣中氣流流動情況。沙漏10在三個風扇的後面，經沙漏10篩出的沙粒在三個風扇形成的氣流的作用下，衝向散熱器模塊11，模擬實際沙漠、戈壁的風沙衝擊散熱器模塊11的情況。經過散熱器模塊11的氣流通過穩定測速段12，把氣流的速度穩定下來，然後通過皮托管測量其流速。如圖2所示，正面吹風風扇3由7個不等距(指角度不等)的葉片組成，沿al到a7按順時針每個葉片的中心線的角度分別為:43°、47°、53°、49°、57°、59°。如圖3所示，側面吹風風扇4的直徑為正面吹風風扇3直徑的1/2，由5個不等距(指角度不等)的葉片組成，按順時針沿bl到b5每個葉片的中心線的角度分別為:79°、71°、70°、67°、73°風扇的角度不同。如圖4所示，底面吹風風扇8的直徑為正面吹風風扇3直徑的1/3，由5個不等距的葉片組成，按順時針沿Cl到c5每個葉片的中心線的角度分別為:71°、67°、73°、77°、72。。如圖5所示，沙漏10中間有濾網14用於控制沙粒的直徑，下面採用絲槓15控制沙漏10的底板，通過絲槓15把轉動變成移動，用於調整沙漏10底部漏沙的面積，以達到控制漏沙量的作用。上述雖然結合附圖對本發明的具體實施方式
進行了描述，但並非對本發明保護範圍的限制，所屬領域技術人員應該明白，在本發明的技術方案的基礎上，本領域技術人員不需要付出創造性勞動即可做出的各種修改或變形仍在本發明的保護範圍以內。
權利要求
1.一種模擬風沙衝擊的工程機械用散熱器風洞，其特徵是，包括一個風筒，所述風筒包括依次連接的空氣進口段、正面吹風段、側面和底面吹風段、沙漏控制段、散熱器模塊、穩定測速段、風速測量裝置；所述正面吹風段內設有正面吹風風扇，所述正面吹風風扇安裝在正面吹風風扇的變頻電機上；所述側面和底面吹風段的側面設有側向風筒，所述側面和底面吹風段的底面設有底面風筒，所述側向風筒內設有側面吹風風扇，所述側面吹風風扇安裝在側面吹風風扇的變頻電機上，所述底面風筒內設有底面吹風風扇，所述底面吹風風扇安裝在底面吹風風扇的變頻電機上；所述沙漏控制段正上方設有沙漏。
2.如權利要求1所述的一種模擬風沙衝擊的工程機械用散熱器風洞，其特徵是，所述沙漏上方設有濾網，所述沙漏下方設有橫向絲槓。
3.如權利要求1所述的一種模擬風沙衝擊的工程機械用散熱器風洞，其特徵是，所述正面吹風風扇包括7個不等距的葉片組成，按順時針每個葉片的中心線的角度分別為:43。 、47。 、53。 、49。 、57。 、59。。
4.如權利要求1所述的一種模擬風沙衝擊的工程機械用散熱器風洞，其特徵是，所述底面吹風風扇的直徑為正面吹風風扇直徑的1/3，由5個不等距的葉片組成，按順時針每個葉片的中心線的角度分別為:71°、67°、73°、77°、72°。
5.如權利要求1所述的一種模擬風沙衝擊的工程機械用散熱器風洞，其特徵是，所述側面吹風風扇的直徑為正面吹風風扇直徑的1/2，由5個不等距的葉片組成，按順時針每個葉片的中心線的角度分別為:79°、71°、70°、67°、73°。
6.如權利要求1所述的一種模擬風沙衝擊的工程機械用散熱器風洞，其特徵是，根據不同需要，所述濾網的過濾精度為0.8mm-1.5_，濾網的材質為不鏽鋼合金。
7.如權利要求1所述的一種模擬風沙衝擊的工程機械用散熱器風洞，其特徵是，所述的散熱器模塊包括水散熱器、增壓中冷器、油散熱器及它們的組合，水散熱器、增壓中冷器、油散熱器的結構型式為不開窗管帶式、波紋帶式、鋸齒形、梯形帶或管片式，材料為銅合金及招合金。
8.如權利要求1所述的一種模擬風沙衝擊的工程機械用散熱器風洞，其特徵是，所述風速測量裝置，採用畢託管在穩定測速段的圓管截面上按等環面積布置的六個測點進行測量，記錄三種風扇的配合後氣流的不同風速。
9.如上述任一權利要求所述的一種模擬風沙衝擊的工程機械用散熱器風洞的使用方法，其特徵是，搜集野外風速流動變化，統計出分布規律，然後通過變頻電機控制風扇的轉動速度，使風扇轉動卷吸起的氣流組合後，使組合的氣流流動變化和實際氣流類似實現模擬風沙衝擊的目的； 所述風扇的轉動速度的具體控制方法為: 根據野外環境中氣流的流動規律，採用偽蒙特卡羅方法模擬調整風扇轉速變化情況， 正面吹風風扇轉速nl符合韋伯分布規律，變化一次持續10秒鐘: nl = 2000 (-1nri)0-42 底面吹風風扇轉速n2符合韋伯分布規律，變化一次持續10秒鐘: n2 = 1800 (-1nri)0-37 側面吹風風扇轉速n3符合韋伯分 布規律，變化一次持續10秒鐘: n3 = 1600 (-1nri)0'45其中A為偽隨機數，採用素數模乘同餘法模擬:Xi = 16897 Xi^1 (mod(232-l))A = Xi/(232-l) 上式mod 代表取餘的意思，Xi為自然數，其中Xtl = 3319 ;i隨變化次數自然增加，i為大於0的 自然數。
全文摘要
本發明公開了一種模擬風沙衝擊的工程機械用散熱器風洞及其使用方法，包括一個風筒，風筒包括依次連接的空氣進口段、正面吹風段、側面和底面吹風段、沙漏控制段、散熱器模塊、穩定測速段、風速測量裝置。採用三臺不同直徑、葉片數量和葉片夾角的吹風風扇產生組合氣流，根據統計分析實際風速變化規律，採用偽蒙特卡羅方法仿真控制風扇變頻電機的頻率，模擬野外大風流動情況。不同直徑的砂石存儲在沙漏中，通過絲槓調整沙漏底部漏沙的面積，控制漏沙數量，沙漏中部的濾網，可篩除尺寸較大的砂石。通過三颱風扇產生的氣流捲起濾網濾下的砂石，衝擊到散熱器模塊上，判斷散熱器模塊是否達到抵抗風沙的強度，實現模擬風沙衝擊的工程機械用散熱器的過程。
文檔編號G01M9/02GK103175672SQ201310064039
公開日2013年6月26日 申請日期2013年2月28日 優先權日2013年2月28日
發明者閆偉, 廖希亮, 白書戰, 彭瑋, 劉振, 李孟涵 申請人:山東大學