内插螺旋翅片式EGR冷却器结构及流动传热性能研究

发布时间：2017-11-22 08:16

  本文关键词：内插螺旋翅片式EGR冷却器结构及流动传热性能研究

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【摘要】：废气再循环技术(EGR)的主要作用是降低汽车尾气中NOx及细颗粒物的排放,随着尾气造成的环境问题日益明显,内燃机排放法规也越来越严苛,对EGR冷却器的流体换热性能也提出了更高的要求。本文详细分析了EGR冷却器设计计算中的热计算方程、平均温差、传热壁温及换热系数等基本概念与原理,讨论了EGR冷却器换热管的固定、排布、中心距及强化换热的原理及方法。为了研究螺旋翅片换热器的性能,设计了五组螺旋翅片宽度、五组螺旋翅片节距、四组螺旋翅片长度的EGR冷却器。采用仿真计算方法对表征螺旋翅片宽、长及节距的三个无量纲量ε_Dh、ε_Lf及ε_Lp进行定性及定量分析。研究表明,同等长度多划分一个节距,压降随ε_Lp变化增大近7%～10%；多增半个节距长度,出口温度随ε_Lf变化最大降幅达6.2%,且随着￡_Lf值增大,换热性能提升速度变缓；ε_Dh变化对应流动性能和换热性能变化幅度均小于2%。针对目前广泛应用的螺旋槽管式EGR冷却器,结合工程需要设计开发了一种流体换热计算和参数设计程序。该程序可以快捷获得换热器的流体换热性能参数,并可以结合遗传算法对螺旋槽管管径、中心距、根数及总换热面积在EGR冷却器中的参数匹配进行优化。为了验证所用仿真设计方法的可靠性,对款螺旋槽管式EGR冷却器进行了仿真与试验的比较。结果表明：采用的FLUENT仿真计算结果与试验结果在给定流量范围内吻合度较好,换热系数偏差3.9%,压降偏差6.8%,在工程计算允许误差内。本文开发的流体换热分析程序与目前普遍使用的商业设计程序相比,大大简化了螺旋槽管式EGR冷却器设计计算步骤,缩短了设计周期。在上述大量冷却器结构计算和仿真分析的基础上,本文创新提出了一种螺旋翅片与螺旋槽管相结合的螺旋翅片-槽管式EGR冷却器设计方案。仿真分析结果表明,螺旋翅片-槽管式EGR冷却器较螺旋槽管式EGR冷却器管侧压降减小了20%,管侧出口温度下降约8℃,性能有显著提升,规避了螺旋槽管式EGR冷却器提升换热性能却牺牲流体动力性能的缺点。与光管式、螺旋翅片-光管式、螺旋槽管式三种EGR冷却器相比,流体换热综合性能有明显的改进。
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U464

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本文编号：1214069