工程机械发动机水冷中冷器散热性能研究

发布时间：2017-04-29 07:03

  本文关键词：工程机械发动机水冷中冷器散热性能研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：目前国内工程机械发动机涡轮增压系统空气中间冷却器(以下简称中冷器)主要以空冷式为主,对水冷式中冷器的研究较少。随着近年来工程机械领域日益增长的节能与高效化要求,工程车辆的各种功能组件的功率越来越大,而发动机机舱越来越小,这给车辆冷却系统提出了更高的挑战。如何用更小的体积得到更高的散热功率,已经成为当今车辆冷却系统研究的重点。而水冷式中冷器相对与空冷式中冷器体积更小。本文立足于工程机械发动机中冷器,研究能满足其水冷散热要求的两种形式中冷器——管壳式中冷器、板翅式中冷器。分析对比了这两种形式的散热性能和阻力性能,希望能找到一种小体积、高效率的工程机械中冷器形式。首先,运用数学方法和MATLAB软件,从管壳式中冷器整体中提取了换热管单元体模型,利用CFD分析了增压空气在换热管内流动时的速度场、压力场和温度场。对普通和改进波纹管模型以及波纹管不同尺寸的模型等进行了数值模拟,得到了不同参数下波纹管内空气努尔数,传热因子j、摩擦因子f随雷诺数的变化曲线,分析了结构参数对波纹管散热性能和阻力性能的影响。其次,建立与波纹管相同外径的其他三种类型的换热管,分析了换热管类型对散热性能和阻力性能的影响,得到在局部单元体中,波纹管和缩放管的强化性能最好。随后按照管壳式制造标准建立了相同壳体尺寸不同换热管的管壳式中冷器整体模型,并对整体模型中换热管的温度场和压力场进行了分析。得到了不同类型换热管管壳式整体模型的散热性能和阻力性能,结果表明,四种换热管的管壳式中冷器模型中波纹管最好。再次,以板翅式中冷器为研究对象,建立了中冷器翅片流道单元体模型并进行仿真,得到冷热流体流经翅片时的速度场、压力场和温度场,以及改变翅片厚度时翅片模型的散热性能和阻力性能。通过仿真得到空气侧与冷却液侧相关的多孔介质参数,代入整体模型中,研究不同空气入口方向对板翅式中冷器散热性能和阻力性能的影响。最后,取上述研究中具有代表性的管壳式中冷器和板翅式中冷器的物理模型,使用UG和MATLAB软件对模型进行了体积和质量计算,对比两者在单位体积下的散热性能和阻力性能。得到的结论是:对于相同体积大小的中冷器,板翅式散热性能较好,管壳式阻力性能较好。且在相同散热量的基础上,管壳式中冷器在冷却增压空气时造成的空气压力损失更小。
【关键词】：工程机械 波纹管 管壳式中冷器 板翅式中冷器 对比
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TU603
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-14
• 第1章 绪论14-20
• 1.1 选题背景及意义14-15
• 1.2 国内外研究现状15-19
• 1.2.1 中冷器类型及研究现状15-17
• 1.2.2 中冷器内部形式17-19
• 1.3 本文主要研究内容19-20
• 第2章 管壳式中冷器单元体数值模拟20-40
• 2.1 水冷中冷器循环系统20-21
• 2.2 水冷中冷器物理模型21-23
• 2.2.1 管壳式换热管材料选择21-22
• 2.2.2 换热管中心距及排列方式选择22-23
• 2.2.3 换热管类型23
• 2.3 换热管传热原理23-28
• 2.3.1 换热管传热原理分析23-25
• 2.3.2 波纹管强化传热原理25-26
• 2.3.3 散热性能评价标准26-28
• 2.4 换热管性能数值模拟28-34
• 2.4.1 单元体模型建立28-30
• 2.4.2 网格划分及边界条件30-32
• 2.4.3 控制方程32-34
• 2.4.4 模型网格无关性验证34
• 2.5 流体物理性质参数34-37
• 2.5.1 空气物理性质参数及计算修正34-37
• 2.5.2 冷却液物性参数37
• 2.6 本章小结37-40
• 第3章 中冷器波纹管单元体性能研究40-60
• 3.1 模型基本参数及性能计算40-42
• 3.1.1 模型基本参数40-41
• 3.1.2 换热管计算参数修正41-42
• 3.2 波纹管数值仿真流场分析42-45
• 3.2.1 波纹管速度场分析42-43
• 3.2.2 波纹管温度场分析43-44
• 3.2.3 波纹管压力场分析44-45
• 3.3 不同节距比普通波纹管性能分析45-48
• 3.3.1 不同节距比对阻力性能的影响45-46
• 3.3.2 不同节距比对散热性能影响46-47
• 3.3.3 不同节距比综合强化系数47-48
• 3.4 不同最大最小直径比普通波纹管性能分析48-51
• 3.4.1 不同直径比对阻力性能的影响49-50
• 3.4.2 不同直径比对散热性能的影响50-51
• 3.4.3 不同直径比综合强化系数51
• 3.5 普通和改进波纹管性能分析51-56
• 3.5.1 改进前后的阻力性能52-53
• 3.5.2 改进前后的散热性能53-54
• 3.5.3 改进前后综合强化系数及强化评价因子54-56
• 3.6 不同波谷圆半径R2改进波纹管性能分析56-59
• 3.6.1 不同R2对阻力性能的影响56-57
• 3.6.2 不同R2对散热性能的影响57-58
• 3.6.3 不同R2综合强化系数58-59
• 3.7 本章小结59-60
• 第4章 管壳式中冷器整体性能研究60-84
• 4.1 中冷器整体模型数值仿真研究60-63
• 4.1.1 中冷器物理模型60-61
• 4.1.2 中冷器整体仿真网格划分及边界条件61-62
• 4.1.3 中冷器整体仿真结果分析62-63
• 4.2 折流板有无对光管模型的影响63-65
• 4.3 中冷器内部换热管单元体性能分析65-73
• 4.3.1 不同换热管模型基本参数65-66
• 4.3.2 不同类型换热管仿真流程分析66-70
• 4.3.3 不同类型换热管单元体性能研究70-73
• 4.4 不同换热管类型中冷器整体性能分析73-78
• 4.4.1 不同换热管中冷器整体模型73-74
• 4.4.2 不同换热管整体模型仿真结果分析74-76
• 4.4.3 入口状态对不同换热管整体模型性能的影响76-78
• 4.5 不同尺寸波纹管中冷器整体性能分析78-81
• 4.5.1 不同尺寸波纹管整体模型散热性能对比80-81
• 4.5.2 不同尺寸波纹管整体模型阻力性能对比81
• 4.6 本章小结81-84
• 第5章 板翅式中冷器整体性能研究84-108
• 5.1 计算公式及性能评价指标84-85
• 5.2 冷侧翅片单元体模型85-89
• 5.2.1 单元体模型尺寸及边界条件85-87
• 5.2.2 翅片数值计算流场分析87-89
• 5.3 热侧翅片单元体模型89-92
• 5.3.1 单元体模型尺寸和边界条件89-90
• 5.3.2 翅片厚度对散热性能的影响90-91
• 5.3.3 翅片厚度对阻力性能的影响91-92
• 5.3.4 翅片综合性能评价TPF92
• 5.4 板翅式中冷器整体模型92-98
• 5.4.1 整体数值计算模型92-94
• 5.4.2 中冷器物理模型94-97
• 5.4.3 中冷器整体数值仿真97-98
• 5.5 不同入口流动形式的中冷器性能分析98-102
• 5.5.1 不同空气入口方向对整体性能的影响分析99-101
• 5.5.2 不同空气入口区域对整体性能的影响分析101-102
• 5.6 板翅式中冷器与管壳式中冷器对比102-106
• 5.6.1 单位体积下散热性能对比104
• 5.6.2 单位体积下阻力性能对比104-105
• 5.6.3 不同空气流量下综合性能对比105-106
• 5.7 本章小结106-108
• 第6章 总结与展望108-110
• 6.1 全文工作总结108-109
• 6.2 展望109-110
• 参考文献110-114
• 作者简介114-116
• 致谢116

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本文编号：334367