柴油机车用多渠道散热设施的探讨和运用

　　常规冷却系统设计方法在进行机车冷却系统设计时，为了使通过散热器内的冷却水流速保持在一个合理的范围内，通常是将整台机车的散热器按不同的机车冷却水回路、不同的流程数，通过集流管和中间管路串联或并联的连接方式，将机车的冷却系统分割成多个水流程。随着柴油机功率的不断提升及冷却装置散热器数量的增加，使得冷却系统流程数也相应增大，尤其在低温冷却水系统中，流程数的增大更为明显。以DF4D和DF11型机车为例，这两种机车的低温冷却系统都是采用4个水流程。冷却系统流程数的增大，导致了机车冷却系统通水阻力和水系统压力都大幅度提高。水泵出口压力的提高，既增加了机车水泵的辅助功率消耗，又降低了冷却系统相关零部件工作的可靠性；此外，随着流程数的增大，通过散热器的水温度会越来越低，冷却水与冷却空气之间的温差也变得越来越小，因此，散热器所散逸的热量是逐级减少的，冷却效率是逐级降低的。这样就使得机车冷却装置的设计难度加大。

　　多流程散热器的结构特点众所周知，提高散热器的冷却能力，主要是通过增加散热器的传热面积、提高散热器的传热系数和提高散热器冷热介质的平均对数温差来实现。本文提出的多流程散热器，就是通过将散热器沿深度方向（冷却空气流动方向）分隔成有顺序的、相互独立的2个及2个以上流程。通过合理地布置冷却1空气与同一个冷却系统冷却水的流动方向和流动秩序，可以更有效地利用冷热介质的温差，提高散热器单位质量和单位体积的散热量，达到提高冷却系统冷却效率的目的。和为两种结构形式的多流程散热器结构示意图。

　　两流程散热器结构示意图三流程散热器结构示意图采用多流程散热器的冷却系统，其结构特点可归纳如下。冷却系统的效率更高由于多流程散热器能更有效地利用冷热介质的温差，所以能达到提高散热量的目的。与常规单流程散热器的冷却系统相比，多流程散热器具有更高的冷却效率。降低冷却系统的通水阻力，提高水泵的工作效率散热器的通水阻力主要由散热器冷却管的沿程损失和散热器联结箱进出口的局部损失构成。

　　以三流程散热器和常规单流程散热器为例，在保持其原有联结箱进出口结构尺寸和芯体结构尺寸不变及相同的散热器内水速情况下，通过三流程散热器的冷却水流量仅为单流程散热器的1/3.根据流体阻力计算公式，按类比方法计算，可以得出：三流程散热器联结箱进出口的局部损失仅为单流程散热器的1/9。另一方面，采用三流程散热器的冷却系统，取消了用于分割流程的中间连接管路，缩短了冷却水在机车冷却系统内的循环长度，减少了管路的沿程损失。因此，可以有效降低冷却水系统的阻力损失，提高水泵的工作效率，减少机车的辅助功率消耗。减少散热器通水管子端部的冲击腐蚀，提高散热器使用寿命同样以上述三流程散热器为例，由于通过散热器联结箱进出口的水流量已降为单流程散热器的1/3，减轻了冷却水对散热器管子端部的冲击，避免了水流速突变造成的散热器管子端部的冲击腐蚀损坏，提高了散热器的工作可靠性，延长了其使用寿命。传热系数k与空气质量流速ua的关系曲线为了对比三流程散热器冷却系统和单流程散热器冷却系统的冷却效果，我们从这两种冷却系统中抽取1组最小的等效单元，即3个并联三流程散热器标准样件和3个串联单流程散热器进行散热器的传热性能比较。3个并联三流程散热器标准样件等效单元水流程示意图；3个串联单流程散热器等效单元水流程示意图。为了便于对上述两种冷却系统的等效单元进行直接对比，规定了相同的计算条件，并根据三流程散热器标准样件和单流程散热器的台架性能试验结果，利用传热学NTU的方法，分别计算得出两种冷却系统等效单元的散热量大小。计算结果如所列。

　　结语通过对多流程散热器结构方案的研究及散热器台架性能对比试验得出：采用多流程散热器结构形式能够有效地提高散热器的冷却能力，明显减少冷却系统的通水阻力，降低系统压力和避免散热器管子端部的冲击腐蚀损坏，从而提高机车运行的经济性和冷却系统工作的可靠性。多流程散热器结构方案的提出，也为国产大功率机车冷却系统设计提出了一种新的思路和方法。