間冷回?zé)岚l(fā)動(dòng)機(jī)緊湊式換熱器流動(dòng)傳熱特性研究.pdf

1、間冷回?zé)嵫h(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)以其在降低燃油消耗率、污染物排放和噪音方面等優(yōu)勢(shì)而備受關(guān)注，間冷器位于中壓壓氣機(jī)和高壓壓氣機(jī)之間的風(fēng)扇通道中，間冷器的應(yīng)用降低了高壓壓氣機(jī)進(jìn)口溫度，減小了高壓壓氣機(jī)耗功；回?zé)崞魑挥诟邏簻u輪出口的噴管內(nèi)，回?zé)崞鞯膽?yīng)用有效利用了渦輪出口燃?xì)庥酂?，增加了進(jìn)入燃燒室的空氣溫度，在渦輪前溫度不變的前提下可以減少燃燒室供油量，并提高了發(fā)動(dòng)機(jī)的熱效率。但間冷器和回?zé)崞骷捌湎鄳?yīng)管路系統(tǒng)的引入勢(shì)必會(huì)造成內(nèi)外涵壓力損失的提升以及重量的增加

2、，這些方面的缺陷甚至?xí)窒g冷回?zé)嵫h(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)的諸多優(yōu)勢(shì)，因此，必須要設(shè)計(jì)出換熱效果好、結(jié)構(gòu)緊湊、質(zhì)量輕、壓力損失小的換熱器才能滿足間冷回?zé)嵫h(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)際應(yīng)用。本文重點(diǎn)圍繞壓力損失和換熱效率兩個(gè)重要技術(shù)指標(biāo)，開展間冷器和回?zé)崞鞯哪Ｐ蛯?shí)驗(yàn)和相應(yīng)的數(shù)值計(jì)算，研究其管內(nèi)外流動(dòng)與傳熱特性。本文的主要研究?jī)?nèi)容以及研究結(jié)論如下：
　　針對(duì)回?zé)崞饔玫牡湫碗pU型管束換熱器開展了模型實(shí)驗(yàn)和數(shù)值模擬。首先，針對(duì)置于矩形通道內(nèi)的單個(gè)雙U型管束換熱器進(jìn)行

3、模型實(shí)驗(yàn)，對(duì)比分析U型管束換熱器的管型、安裝角度、進(jìn)氣方式以及進(jìn)氣溫度對(duì)管內(nèi)外壓降以及換熱效率的影響；其次，針對(duì)置于噴管通道內(nèi)的串列雙U型管束換熱器進(jìn)行模型實(shí)驗(yàn)，對(duì)比分析幾種典型布置方式對(duì)管外壓降與換熱效率的影響規(guī)律。根據(jù)模型實(shí)驗(yàn)，建立相應(yīng)的數(shù)值計(jì)算模型，對(duì)雙U型管束換熱器管內(nèi)外流場(chǎng)與溫度場(chǎng)進(jìn)行了分析，以揭示更多的流動(dòng)與換熱細(xì)節(jié)。鑒于管束數(shù)量多且排布緊密，將U型管束換熱器的管束處理成各向同性的多孔介質(zhì)模型進(jìn)行數(shù)值計(jì)算，同時(shí)也采用三維CF

4、D方法對(duì)流動(dòng)和換熱特性進(jìn)行數(shù)值計(jì)算。研究結(jié)果表明，換熱器安裝角度相比管型對(duì)壓降的影響更為顯著，換熱器安裝角度和進(jìn)氣方式相比管型對(duì)回?zé)嵝实挠绊懜鼮轱@著；沿噴管內(nèi)部氣流的流動(dòng)方向，回?zé)崞鞯陌惭b角應(yīng)逐漸減小，以保證各個(gè)回?zé)崞鲹Q熱效率的相對(duì)均勻性；給定合理的壓力-速度關(guān)系式，基于各向同性假設(shè)的多孔介質(zhì)模型計(jì)算能夠準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)通道內(nèi)的壓降，但難以揭示出雙U型管束換熱器通道內(nèi)的流動(dòng)特征。
　　針對(duì)間冷器用的V型布置直列管束換熱器進(jìn)行了模型實(shí)驗(yàn)

5、，對(duì)比分析管束偏角對(duì)管內(nèi)外壓降和換熱效率的影響規(guī)律。同時(shí)，對(duì)間冷器模型實(shí)驗(yàn)建立相應(yīng)的數(shù)值計(jì)算模型，重點(diǎn)分析管束位置與氣流沿程對(duì)管內(nèi)流量分配的影響、偏角對(duì)管外流場(chǎng)的影響、以及流量分配方式和管徑對(duì)耦合換熱的影響。研究結(jié)果表明，管束偏角對(duì)管外壓降影響顯著而對(duì)管內(nèi)壓降和間冷度的影響有限，但管束偏角越大，綜合效果越好。根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)總結(jié)得到了管外努塞爾數(shù)隨管外雷諾數(shù)的準(zhǔn)則關(guān)聯(lián)式，并與氣流橫掠管束的經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行了對(duì)比，為間冷器的V型布局提供了理論依據(jù)

6、。減小管徑和增加管排數(shù)量可以使傳熱系數(shù)和換熱面積提高，進(jìn)而提高間冷度。
　　根據(jù)間冷器與回?zé)崞鏖_展的模型實(shí)驗(yàn)和某間冷回?zé)岚l(fā)動(dòng)機(jī)總體所確定的結(jié)構(gòu)參數(shù)和氣動(dòng)參數(shù)，利用Matlab分別編寫間冷器和回?zé)崞鞯脑O(shè)計(jì)計(jì)算程序和校核計(jì)算程序，得到滿足間冷回?zé)嵫h(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)間冷器和回?zé)崞餍阅芤蟮慕Y(jié)構(gòu)和所需的換熱面積，并對(duì)此開展真實(shí)狀態(tài)下的數(shù)值研究。針對(duì)間冷器，分別對(duì)比研究板式和管式間冷器不同結(jié)構(gòu)對(duì)壓降和間冷度的影響規(guī)律；針對(duì)回?zé)崞鳎芯科洳贾梅绞綄?duì)