一種汽車散熱器風洞試驗臺的開閉式冷卻空氣循環(huán)系統(tǒng)的制作方法

本發(fā)明涉及汽車散熱器、中冷器試驗領域，尤其是涉及一種汽車散熱器風洞試驗臺的開閉式冷卻空氣循環(huán)系統(tǒng)。

背景技術：

汽車散熱器(中冷器)風洞是對汽車散熱器、中冷器進行換熱性能測試的試驗設備。汽車散熱器換熱性能測試的熱交換的兩個主體是散熱器內部流動的高溫液體和垂直于散熱器迎風面流動的低溫冷卻空氣。因此，作為風洞試驗設備必須具有一個能夠提供在一定范圍內可以根據(jù)試驗要求進行溫度和流量調節(jié)的高溫液體循環(huán)系統(tǒng)，和一個在一定范圍內可以根據(jù)試驗要求進行溫度和流量調節(jié)的低溫冷卻空氣循環(huán)系統(tǒng)。同樣，汽車中冷器的熱交換是在中冷器內部的高溫增壓空氣和外部的低溫冷卻空氣之間進行的。汽車散熱器風洞的低溫冷卻空氣循環(huán)系統(tǒng)可用于汽車散熱器或汽車中冷器的性能試驗。

現(xiàn)有汽車散熱器風洞的低溫冷卻空氣循環(huán)系統(tǒng)結構單一，無法適應不同的測試要求，例如：在新產(chǎn)品的設計研發(fā)階段，會對研發(fā)初期階段的產(chǎn)品做一些驗證性的試驗，這些試驗并不一定要嚴格規(guī)定試驗進風溫度，若采用傳統(tǒng)的閉式循環(huán)結構系統(tǒng)，則會浪費能源，增加試驗成本。

中國專利CN204718766U公開了一種換熱器散熱性能風洞試驗臺，其包括風洞主體、介質循環(huán)系統(tǒng)、現(xiàn)場檢測儀器儀表和控制系統(tǒng)，所述風洞主體內設置有一組散熱器，所述散熱器與介質循環(huán)系統(tǒng)連接，其特征在于，所述介質循環(huán)系統(tǒng)包括水路循環(huán)系統(tǒng)和油路循環(huán)系統(tǒng)。該專利僅用作開式循環(huán)風洞試驗，未涉及對散熱器試驗空氣的冷卻循環(huán)方式的改進。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術存在的缺陷而提供一種汽車散熱器風洞試驗臺的開閉式冷卻空氣循環(huán)系統(tǒng)，對不同需求的試驗提供了更多的選擇，同時具有較好的節(jié)能環(huán)保的效果。

本發(fā)明的目的可以通過以下技術方案來實現(xiàn)：

一種汽車散熱器風洞試驗臺的開閉式冷卻空氣循環(huán)系統(tǒng)，包括用于安裝試件的試驗箱體以及與試驗箱體連接成循環(huán)回路的循環(huán)管道，該系統(tǒng)還包括PLC控制器、冷卻空氣溫度調節(jié)裝置和試件進風溫度傳感器，所述循環(huán)管道上沿氣體循環(huán)方向依次設有風機、環(huán)境空氣出口、第一控制閥和環(huán)境空氣進口，所述環(huán)境空氣進口處設有第二控制閥，所述環(huán)境空氣出口處設有第三控制閥，所述冷卻空氣溫度調節(jié)裝置設于試驗箱體內的進氣端，所述試件進風溫度傳感器設于試驗箱體內試件的迎風側，所述PLC控制器分別連接風機、第一控制閥、第二控制閥、第三控制閥、冷卻空氣溫度調節(jié)裝置和試件進風溫度傳感器。

當?shù)谝豢刂崎y開啟，第二控制閥和第三控制閥關閉時，采用冷卻空氣進氣溫度的閉式循環(huán)調節(jié)控制，當?shù)诙刂崎y和第三控制閥開啟，第一控制閥關閉時，采用環(huán)境空氣作為冷卻空氣進氣的開式循環(huán)調節(jié)控制。

所述試驗箱體包括由試件安裝板分隔的第一艙室和第二艙室，所述第一艙室設有連接循環(huán)管道的艙室進氣口，所述第二艙室設有連接循環(huán)管道的艙室出氣口，第二艙室內沿氣體循環(huán)方向依次設有空氣混流器、試件出風溫度傳感器和整流網(wǎng)，所述冷卻空氣溫度調節(jié)裝置和試件進風溫度傳感器設于第一艙室內。

所述試件安裝板包括用于分隔第一艙室和第二艙室的固定板、彈性密封墊層和多個用于固定試件的夾鉗，所述固定板上設有與試件形狀相匹配的中空的通風區(qū)域，所述彈性密封墊層設于固定板朝向第一艙室的側面上，且圍繞通風區(qū)域的邊緣設置，所述多個夾鉗沿彈性密封墊層的邊緣均布設置。

該系統(tǒng)還包括連接PLC控制器的流量計，所述流量計沿氣體循環(huán)方向設于環(huán)境空氣進口與試驗箱體之間的循環(huán)管道上。

所述冷卻空氣溫度調節(jié)裝置包括沿氣體循環(huán)方向依次設置的空氣冷卻器、電加熱器和風扇，所述空氣冷卻器、電加熱器和風扇分別連接PLC控制器。

所述環(huán)境空氣進口處還設有環(huán)境空氣質量流量計和防護網(wǎng)，所述環(huán)境空氣質量流量計連接PLC控制器。

所述PLC控制器通過電機變頻器連接風機。

所述第一控制閥、第二控制閥和第三控制閥均采用氣動閥。

所述PLC控制器連接有帶顯示屏的上位機。

與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點：

1、本發(fā)明將閉式循環(huán)和開式循環(huán)方式相結合，在循環(huán)管道上設置環(huán)境空氣出口、第一控制閥和環(huán)境空氣進口，由PLC控制器控制三個控制閥的開啟，實現(xiàn)開式循環(huán)方式和閉式循環(huán)方式之間的切換，開式循環(huán)方式具有簡單造價低，使用時因不用對進氣進行溫度調節(jié)比較節(jié)能的優(yōu)點，適合試驗要求不高的場合，閉式循環(huán)方式適合于對試驗冷卻空氣進風溫度有要求的場合。對不同需求的試驗提供了更多的選擇，也產(chǎn)生了一定的節(jié)能環(huán)保的效果。

2、本發(fā)明試件安裝板設置了多個用于固定試件的夾鉗，可實現(xiàn)不同類型散熱器的固定，同時試件與固定板之間的間隙由彈性密封墊層密封起來，彈性密封墊層可很好地密封不規(guī)則試件邊緣帶來的間隙，保證風洞試驗的準確性。

3、本發(fā)明試驗箱體內設置可調低溫度的空氣冷卻器和調高溫度的電加熱器，配合試件進風溫度傳感器，實現(xiàn)試件進風溫度的實時準確測量。

4、本發(fā)明在環(huán)境空氣進口處還設有環(huán)境空氣質量流量計和防護網(wǎng)，實時監(jiān)控環(huán)境空氣質量，可有效地防止異物吸入風道，保護風洞試驗臺內部結構不受灰塵影響。

5、本發(fā)明自動控制化，操作便捷，可視性高，方便測試人員操作。

6、本發(fā)明結構簡單，對現(xiàn)有風洞臺改動小，制作成本低，易于推廣應用。

附圖說明

圖1為本發(fā)明系統(tǒng)的結構示意圖；

圖2為本發(fā)明系統(tǒng)閉式循環(huán)工作示意圖；

圖3為本發(fā)明系統(tǒng)開式循環(huán)工作示意圖。

圖中：1、試件，2、試驗箱體，3、循環(huán)管道，4、冷卻空氣溫度調節(jié)裝置，5、試件進風溫度傳感器，6、風機，7、環(huán)境空氣出口，8、第一控制閥，9、環(huán)境空氣進口，10、第二控制閥，11、第三控制閥，12、流量計，13、環(huán)境空氣質量流量計，14、防護網(wǎng)，21、第一艙室，22、第二艙室，23、試件安裝板，41、空氣冷卻器，42、電加熱器，43、風扇，231、固定板，232、彈性密封墊層，233、夾鉗。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施例對本發(fā)明進行詳細說明。本實施例以本發(fā)明技術方案為前提進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護范圍不限于下述的實施例。

如圖1所示，一種汽車散熱器風洞試驗臺的開閉式冷卻空氣循環(huán)系統(tǒng)，包括用于安裝試件1的試驗箱體2以及與試驗箱體2連接成循環(huán)回路的循環(huán)管道3，該系統(tǒng)還包括PLC控制器、冷卻空氣溫度調節(jié)裝置4和試件進風溫度傳感器5，循環(huán)管道3上沿氣體循環(huán)方向依次設有風機6、環(huán)境空氣出口7、第一控制閥8和環(huán)境空氣進口9，環(huán)境空氣進口9處設有第二控制閥10，環(huán)境空氣出口7處設有第三控制閥11，冷卻空氣溫度調節(jié)裝置4設于試驗箱體2內的進氣端，試件進風溫度傳感器5設于試驗箱體2內試件1的迎風側，測量循環(huán)冷卻空氣在試件1上游處的溫度值，該溫度值作為冷卻空氣溫度調節(jié)的依據(jù)，PLC控制器分別連接風機6、第一控制閥8、第二控制閥10、第三控制閥11、冷卻空氣溫度調節(jié)裝置4和試件進風溫度傳感器5，試件1測試時連接高溫液體循環(huán)系統(tǒng)，高溫液體循環(huán)系統(tǒng)向試件1輸入高溫液體C，試件1內與循環(huán)氣體熱交換后的液體D返回高溫液體循環(huán)系統(tǒng)。開閉式冷卻空氣循環(huán)系統(tǒng)的結構主體為閉式循環(huán)，即當?shù)谝豢刂崎y8開啟，第二控制閥10和第三控制閥11關閉時，可以在循環(huán)冷卻空氣經(jīng)過試件1被加熱后通過空氣冷卻器41進行溫度冷卻并調節(jié)到試驗要求的進口溫度；同時可以經(jīng)過管路的切換至開式循環(huán)，即當?shù)诙刂崎y10和第三控制閥11開啟，第一控制閥8關閉時，試件1進口冷卻空氣為環(huán)境空氣，不經(jīng)過空氣冷卻或溫度調節(jié)，冷卻空氣經(jīng)過試件1后被加熱的空氣通過管路排向外部空間。

該系統(tǒng)還包括連接PLC控制器的流量計12，流量計12沿氣體循環(huán)方向設于環(huán)境空氣進口9與試驗箱體2之間的循環(huán)管道3上。

環(huán)境空氣進口9處還設有環(huán)境空氣質量流量計13和防護網(wǎng)14，環(huán)境空氣質量流量計13連接PLC控制器，實時監(jiān)控環(huán)境空氣質量，可有效地防止異物吸入風道，保護風洞試驗臺內部結構不受灰塵影響。

如圖1所示，試件安裝板23包括用于分隔第一艙室21和第二艙室22的固定板231、彈性密封墊層232和多個用于固定試件1的夾鉗233，固定板231上設有與試件1形狀相匹配的中空的通風區(qū)域，彈性密封墊層232設于固定板231朝向第一艙室21的側面上，且圍繞通風區(qū)域的邊緣設置，多個夾鉗233沿彈性密封墊層232的邊緣均布設置，適用于穩(wěn)固夾持不同型號的散熱器，同時彈性密封墊層232可很好地密封不規(guī)則試件1邊緣帶來的間隙，保證風洞試驗的準確性。

如圖1所示，冷卻空氣溫度調節(jié)裝置4包括沿氣體循環(huán)方向依次設置的空氣冷卻器41、電加熱器42和風扇43，空氣冷卻器41、電加熱器42和風扇43分別連接PLC控制器，空氣冷卻器41連接制冷機組，制冷機組將低溫冷卻水A輸入到空氣冷卻器41中，與氣體進行熱交換，冷卻氣體，空氣冷卻器41熱交換后的冷卻水B回到制冷機組中，PLC控制器，根據(jù)所需要的時間進風溫度分別調控空氣冷卻器41和電加熱器42工作。

試驗箱體2包括由試件安裝板23分隔的第一艙室21和第二艙室22，兩個艙室都有門可以進入并可以密閉，第一艙室21設有連接循環(huán)管道3的艙室進氣口，第二艙室22設有連接循環(huán)管道3的艙室出氣口，第二艙室22內沿氣體循環(huán)方向依次設有空氣混流器、試件出風溫度傳感器和第二整流網(wǎng)，冷卻空氣溫度調節(jié)裝置4和試件進風溫度傳感器5設于第一艙室21內。

本實施例中，PLC控制器通過電機變頻器連接風機6，可根據(jù)流量計12采集的氣體流量變頻控制風機6的轉速，實現(xiàn)循環(huán)氣體流速的調節(jié)。第一控制閥8、第二控制閥10和第三控制閥11均采用氣動閥，實現(xiàn)遠程自動切換功能。PLC控制器可獲取各部件的工作狀態(tài)，數(shù)據(jù)處理效率高。PLC控制器連接有帶顯示屏的上位機，可用于輸入控制指令和顯示各部件的工作狀態(tài)，可視性高。

本系統(tǒng)的整個智能控制模塊包括上位機、NI程序、PLC控制器，控制信號通過PLC、NI等相關模塊與現(xiàn)場電氣設備相連接，實現(xiàn)遠程控制現(xiàn)場電氣設備的功能，并采用穩(wěn)壓電源及開關電源為控制模塊供電。上位機安裝Labview圖形化編程軟件，通過NI進行數(shù)據(jù)采集、通過PLC輸出開關量及模擬量信號指令，可控制整個試驗循環(huán)的運行。

工作原理：

如圖2所示，當?shù)谝豢刂崎y8開啟，第二控制閥10和第三控制閥11關閉時，采用冷卻空氣進氣溫度的閉式循環(huán)調節(jié)控制。開式循環(huán)方式是利用環(huán)境空氣作為試件1的進氣，進氣溫度是環(huán)境溫度，不能調節(jié)。因此，散熱器(中冷器)試驗的液側(增壓空氣側)的進口溫度是隨冷卻空氣進口溫度的變化而變化的。例如，散熱器試件1的液體側循環(huán)進口溫度要根據(jù)冷卻空氣進氣溫度+液氣溫差進行調節(jié)。這種形式的風洞結構簡單造價低，使用時因不用對進氣進行溫度調節(jié)比較節(jié)能。適合試驗要求不高的場合。

如圖3所示，當?shù)诙刂崎y10和第三控制閥11開啟，第一控制閥8關閉時，采用環(huán)境空氣作為冷卻空氣進氣的開式循環(huán)調節(jié)控制。閉式循環(huán)方式是低溫冷卻空氣系統(tǒng)由風機6、試驗箱體2及管路、冷卻空氣溫度調節(jié)裝置4、試件1及測量部分等連接構成閉式回路。低溫冷卻空氣在經(jīng)過試件1表面溫度升高后經(jīng)過風機6及管路后，重新被冷卻降溫到規(guī)定的試驗進風溫度，從而往復循環(huán)并將試件1迎風面流動的低溫冷卻空氣溫度調節(jié)到試驗所需的溫度值并加以恒定。閉式循環(huán)結構適合于對試驗冷卻空氣進風溫度有要求的場合。

使用本發(fā)明結構設計制造的全自動控制的汽車散熱器、中冷器風洞試驗臺既可實現(xiàn)冷卻空氣進氣溫度調節(jié)控制的閉式循環(huán)，也可進行冷卻空氣進氣采用環(huán)境空氣不進行溫度調節(jié)控制的開式循環(huán)。對不同需求的試驗提供了更多的選擇。也產(chǎn)生了一定的節(jié)能環(huán)保的效果。