內(nèi)插螺旋翅片式EGR冷卻器結(jié)構(gòu)及流動(dòng)傳熱性能研究.pdf

1、廢氣再循環(huán)技術(shù)（EGR）的主要作用是降低汽車尾氣中NOx及細(xì)顆粒物的排放，隨著尾氣造成的環(huán)境問(wèn)題日益明顯，內(nèi)燃機(jī)排放法規(guī)也越來(lái)越嚴(yán)苛，對(duì) EGR冷卻器的流體換熱性能也提出了更高的要求。
　　本文詳細(xì)分析了 EGR冷卻器設(shè)計(jì)計(jì)算中的熱計(jì)算方程、平均溫差、傳熱壁溫及換熱系數(shù)等基本概念與原理，討論了 EGR冷卻器換熱管的固定、排布、中心距及強(qiáng)化換熱的原理及方法。為了研究螺旋翅片換熱器的性能，設(shè)計(jì)了五組螺旋翅片寬度、五組螺旋翅片節(jié)距、四組

2、螺旋翅片長(zhǎng)度的 EGR冷卻器。采用仿真計(jì)算方法對(duì)表征螺旋翅片寬、長(zhǎng)及節(jié)距的三個(gè)無(wú)量綱量ε_(tái)Dh、ε_(tái)Lf及ε_(tái)Lp進(jìn)行定性及定量分析。研究表明，同等長(zhǎng)度多劃分一個(gè)節(jié)距，壓降隨ε_(tái)Lp變化增大近7％~10%；多增半個(gè)節(jié)距長(zhǎng)度，出口溫度隨ε_(tái)Lf變化最大降幅達(dá)6.2%，且隨著ε_(tái)Lf值增大，換熱性能提升速度變緩；ε_(tái)Dh變化對(duì)應(yīng)流動(dòng)性能和換熱性能變化幅度均小于2%。針對(duì)目前廣泛應(yīng)用的螺旋槽管式EGR冷卻器，結(jié)合工程需要設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了一種流體換熱

3、計(jì)算和參數(shù)設(shè)計(jì)程序。該程序可以快捷獲得換熱器的流體換熱性能參數(shù)，并可以結(jié)合遺傳算法對(duì)螺旋槽管管徑、中心距、根數(shù)及總換熱面積在 EGR冷卻器中的參數(shù)匹配進(jìn)行優(yōu)化。為了驗(yàn)證所用仿真設(shè)計(jì)方法的可靠性，對(duì)款螺旋槽管式 EGR冷卻器進(jìn)行了仿真與試驗(yàn)的比較。結(jié)果表明：采用的 FLUENT仿真計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果在給定流量范圍內(nèi)吻合度較好，換熱系數(shù)偏差3.9%，壓降偏差6.8%，在工程計(jì)算允許誤差內(nèi)。本文開(kāi)發(fā)的流體換熱分析程序與目前普遍使用的商業(yè)設(shè)計(jì)程

4、序相比，大大簡(jiǎn)化了螺旋槽管式EGR冷卻器設(shè)計(jì)計(jì)算步驟，縮短了設(shè)計(jì)周期。
　　在上述大量冷卻器結(jié)構(gòu)計(jì)算和仿真分析的基礎(chǔ)上，本文創(chuàng)新提出了一種螺旋翅片與螺旋槽管相結(jié)合的螺旋翅片-槽管式 EGR冷卻器設(shè)計(jì)方案。仿真分析結(jié)果表明，螺旋翅片-槽管式EGR冷卻器較螺旋槽管式EGR冷卻器管側(cè)壓降減小了20%，管側(cè)出口溫度下降約8℃，性能有顯著提升，規(guī)避了螺旋槽管式EGR冷卻器提升換熱性能卻犧牲流體動(dòng)力性能的缺點(diǎn)。與光管式、螺旋翅片-光管式、螺旋