基于水冷中冷的装载机双循环冷却系统性能研究
发布时间：2021-08-31 22:33
装载机作为现代工程建设中的主要施工机械,具有施工环境严苛、作业工况复杂和工作时间长的特点,对装载机冷却系统的可靠性和高效性提出了严苛的要求。同时随着环境保护的日趋严格,为满足国家针对装载机等非公路移动机械提出的新排放标准,全面提升装载机冷却系统的性能具有重要的应用价值和理论意义。目前,国内各大装载机厂商对冷却系统的研究与欧美等国还存有一定距离,在产品的稳定性和节能性等方面还有待提高。本文结合“面向节能与安全的集成智能化工程车辆装备研发”课题,以传热学、计算流体力学为理论指导并结合场地试验,对基于水冷中冷的装载机双循环冷却系统相关性能展开以下研究:（1）基于相似理论推导中冷器三维缩比模型,采用CFD技术对中冷器进行数值仿真,根据仿真结果对比空冷中冷器和水冷中冷器的传热及阻力特性,分析了两种中冷器内增压空气的压力损失,研究了中冷器性能对柴油机工作性能的影响,对比两种冷却方式的增压空气迟滞效应,得出水冷中冷器迟滞时间更少响应更迅速,采用水冷中冷器改善了柴油机进气效率,有效提升柴油机工作性能,降低有害物质排放。（2）在分析水冷中冷器的优势后,对水冷中冷器翅片进行优化,采用拉丁超立方抽样和CFD...
【文章来源】：吉林大学吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：129 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
散热器翅片结构
吉林大学博士学位论文4提出了一种紧凑式换热器，并评估了换热器冷却性能的变化情况，通过CFD分析观测内部流场情况，该结构设计具有较好的热交换效率。ZhangC等人[29]对换热器的换热效应进行研究,研究表明换热器之间良好的紧凑性能够保证其具有较好的换热效率，同时对不同雷诺数、普朗特数以及热边界条件下的换热器换热性能进行对比分析，散热器翅片结构如图1.2。ZeeshanM和KaurAH等人[30,31]对错流布置的紧凑型三流体热交换器进行了数值分析，采用将流体内部与换热器入口处的Dankwert边界条件与传导壁中的纵向热传导向结合的方法，提高了仿真精度，研究表明流动不均匀性显著影响了热交换器的换热性能，这种现象在层流流动中更明显。图1.2典型散热器翅片结构在仿真和试验研究的基础上，科研工作者对散热器结构进行优化。ZahraniSA等人[32]对波纹板式换热器进行优化，研究表明新开发的波纹板式换热器的努塞尔数优于原有结构，对重热负荷情况具有更好的适应性，并基于数值仿真结果，提出了一种努塞尔数的预测模型。RyuK[33]采用多目标优化，改善了波纹翅片的性能，根据优化结果提出了一种波纹翅片的设计方法，采用该方法所得模型精度更高。JangJY等[34]采用共轭梯度法对百叶窗翅片散热器的可变百叶窗角和初始百叶窗角进行了数值优化，并通过试验来验证数值模拟程序的可靠性，优化原理如图1.3。ZhengFC等[35]对四种板翅散热器的空气侧传热和摩擦特性进行了试验研究，得出了双百叶窗翅片的努塞尔数、摩擦系数和雷诺数之间的关系。YarmohammadiS和FarhadiM[36]对波纹管试验研究，得出波纹管的传热系数和压降分别比普通管高59%和115%。KhoshvaghtAM等[37]探讨了三种被动式强化传热技术对板翅散热的影响，采用数值分析软件对三种翅片散热?
第1章绪论5影响进行了研究，并提出了一种用来计算表面换热面积的新方法，用来评估幅长比、翅片间距比、通道横截面比等无量纲参数对传热特性和压降的影响。国内研究员徐振元[39]对装载机散热器中波纹翅片的换热性能和阻力性能进行了研究，通过遗传算法对波纹翅片的几何参数进行了优化，强化了翅片的传热效率并且对波纹翅片散热器的散热性能进行了预估。郭丽华[40]对多型锯齿型翅片进行了试验及仿真研究，分析了不同流动状态下错齿翅片的压降大小并对其进行了优化设计。图1.3优化原理图1.2.2水冷紧凑式散热器的研究田晓虎[41]通过CFD方法对散热性能和压损与翅片结构尺寸之间的关系进行了研究。BalaramK和FerreroM[42,43]对翅片式散热器进行了数值模拟，在实际工况条件下分析了该散热器主要几何参数对传热和流动阻力性能的影响。给出了考虑实际工况约束条件下翅片换热器优化的具体步骤。MarcoWM等[44]对流动表面进行了改进，提出了内部翅片管、涡流感应器和螺旋形管以增加流动表面的换热，并对不同形状的管道的传热和压降特性进行了数值研究。经过对比分析得出，螺旋管的传热增强效果最好且压降最小，内部翅片管的传热增强效果最差压降最高。GretchenR[45]对不同工作条件下的散热器性能变化特征进行了仿真分析与试验验证，重点评估了散热器设计参数对单向泵送流体回路系统中盘管流动驻点的影响，其目标是在提高流体系统稳定性和驻点可预测性的同时，最大限度地降低散热器盘管的排热量。袁兆成等[46]采用多孔
【参考文献】：
期刊论文
[1]工程机械分离式冷却系统流动传热数值仿真[J]. 傅佳宏,俞小莉,刘震涛,黄钰期. 中南大学学报(自然科学版). 2016(06)
[2]基于CFD的装载机散热性能研究[J]. 刘志鹏. 机械工程师. 2016(06)
[3]基于一维/三维耦合仿真装载机散热系统研究[J]. 沈勇,张永胜. 矿山机械. 2016(06)
[4]非道路移动机械用柴油机中国第三阶段排放标准关键技术研究[J]. 陈希颖,居钰生,张庆,刘志华,王政,周得广,赵会军,陈光利. 现代车用动力. 2015(03)
[5]降低某中吨位叉车机外辐射噪声试验研究[J]. 张少波. 装备制造技术. 2015(04)
[6]发动机冷却系统仿真模拟及节温器的影响分析[J]. 周兵,岳阳,徐向华,梁新刚. 工程热物理学报. 2014(02)
[7]三个关键几何参数对人字形波纹钎焊板式换热器换热性能影响的分析[J]. 乔晓刚,李鹏,崔立棋,韩晓红,陈光明. 制冷与空调. 2011(04)
[8]液压支架供回液系统的阻力损失分析[J]. 王喜贵. 煤矿机械. 2011(05)
[9]基于拉丁超立方抽样及响应面的结构模糊分析[J]. 刘纪涛,刘飞,张为华. 机械强度. 2011(01)
[10]现代汽车热管理系统研究进展[J]. 于莹潇,袁兆成,田佳林,马家义. 汽车技术. 2009(08)
博士论文
[1]车辆冷却系统空气侧特性研究[D]. 董军启.上海交通大学 2008
[2]锯齿型错列翅片冷却器的传热、阻力及工艺特性的研究[D]. 郭丽华.上海交通大学 2007
[3]平行流冷凝器空气侧换热性能和压降的CFD仿真及试验研究[D]. 田晓虎.重庆大学 2007
硕士论文
[1]装载机两种冷却系统热特性对比分析及优化研究[D]. 王帅.吉林大学 2018
[2]50型装载机工作装置液压系统能量特性研究[D]. 刘旭.吉林大学 2017
[3]液力缓速器热流场SBES模拟与其板翅换热器多目标优化研究[D]. 徐东.吉林大学 2016
[4]纯电动汽车冷却系统数值分析[D]. 周杨.华中科技大学 2015
[5]钢制椭圆管型散热器的结构优化[D]. 金龙.青岛理工大学 2014
[6]可变几何排气系统与涡轮增压器的优化设计[D]. 王守群.山东大学 2014
[7]工程车辆波纹翅片散热器特性分析与应用研究[D]. 徐振元.吉林大学 2012
本文编号：3375742
【文章来源】：吉林大学吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：129 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
散热器翅片结构
吉林大学博士学位论文4提出了一种紧凑式换热器，并评估了换热器冷却性能的变化情况，通过CFD分析观测内部流场情况，该结构设计具有较好的热交换效率。ZhangC等人[29]对换热器的换热效应进行研究,研究表明换热器之间良好的紧凑性能够保证其具有较好的换热效率，同时对不同雷诺数、普朗特数以及热边界条件下的换热器换热性能进行对比分析，散热器翅片结构如图1.2。ZeeshanM和KaurAH等人[30,31]对错流布置的紧凑型三流体热交换器进行了数值分析，采用将流体内部与换热器入口处的Dankwert边界条件与传导壁中的纵向热传导向结合的方法，提高了仿真精度，研究表明流动不均匀性显著影响了热交换器的换热性能，这种现象在层流流动中更明显。图1.2典型散热器翅片结构在仿真和试验研究的基础上，科研工作者对散热器结构进行优化。ZahraniSA等人[32]对波纹板式换热器进行优化，研究表明新开发的波纹板式换热器的努塞尔数优于原有结构，对重热负荷情况具有更好的适应性，并基于数值仿真结果，提出了一种努塞尔数的预测模型。RyuK[33]采用多目标优化，改善了波纹翅片的性能，根据优化结果提出了一种波纹翅片的设计方法，采用该方法所得模型精度更高。JangJY等[34]采用共轭梯度法对百叶窗翅片散热器的可变百叶窗角和初始百叶窗角进行了数值优化，并通过试验来验证数值模拟程序的可靠性，优化原理如图1.3。ZhengFC等[35]对四种板翅散热器的空气侧传热和摩擦特性进行了试验研究，得出了双百叶窗翅片的努塞尔数、摩擦系数和雷诺数之间的关系。YarmohammadiS和FarhadiM[36]对波纹管试验研究，得出波纹管的传热系数和压降分别比普通管高59%和115%。KhoshvaghtAM等[37]探讨了三种被动式强化传热技术对板翅散热的影响，采用数值分析软件对三种翅片散热?
第1章绪论5影响进行了研究，并提出了一种用来计算表面换热面积的新方法，用来评估幅长比、翅片间距比、通道横截面比等无量纲参数对传热特性和压降的影响。国内研究员徐振元[39]对装载机散热器中波纹翅片的换热性能和阻力性能进行了研究，通过遗传算法对波纹翅片的几何参数进行了优化，强化了翅片的传热效率并且对波纹翅片散热器的散热性能进行了预估。郭丽华[40]对多型锯齿型翅片进行了试验及仿真研究，分析了不同流动状态下错齿翅片的压降大小并对其进行了优化设计。图1.3优化原理图1.2.2水冷紧凑式散热器的研究田晓虎[41]通过CFD方法对散热性能和压损与翅片结构尺寸之间的关系进行了研究。BalaramK和FerreroM[42,43]对翅片式散热器进行了数值模拟，在实际工况条件下分析了该散热器主要几何参数对传热和流动阻力性能的影响。给出了考虑实际工况约束条件下翅片换热器优化的具体步骤。MarcoWM等[44]对流动表面进行了改进，提出了内部翅片管、涡流感应器和螺旋形管以增加流动表面的换热，并对不同形状的管道的传热和压降特性进行了数值研究。经过对比分析得出，螺旋管的传热增强效果最好且压降最小，内部翅片管的传热增强效果最差压降最高。GretchenR[45]对不同工作条件下的散热器性能变化特征进行了仿真分析与试验验证，重点评估了散热器设计参数对单向泵送流体回路系统中盘管流动驻点的影响，其目标是在提高流体系统稳定性和驻点可预测性的同时，最大限度地降低散热器盘管的排热量。袁兆成等[46]采用多孔
【参考文献】：
期刊论文
[1]工程机械分离式冷却系统流动传热数值仿真[J]. 傅佳宏,俞小莉,刘震涛,黄钰期. 中南大学学报(自然科学版). 2016(06)
[2]基于CFD的装载机散热性能研究[J]. 刘志鹏. 机械工程师. 2016(06)
[3]基于一维/三维耦合仿真装载机散热系统研究[J]. 沈勇,张永胜. 矿山机械. 2016(06)
[4]非道路移动机械用柴油机中国第三阶段排放标准关键技术研究[J]. 陈希颖,居钰生,张庆,刘志华,王政,周得广,赵会军,陈光利. 现代车用动力. 2015(03)
[5]降低某中吨位叉车机外辐射噪声试验研究[J]. 张少波. 装备制造技术. 2015(04)
[6]发动机冷却系统仿真模拟及节温器的影响分析[J]. 周兵,岳阳,徐向华,梁新刚. 工程热物理学报. 2014(02)
[7]三个关键几何参数对人字形波纹钎焊板式换热器换热性能影响的分析[J]. 乔晓刚,李鹏,崔立棋,韩晓红,陈光明. 制冷与空调. 2011(04)
[8]液压支架供回液系统的阻力损失分析[J]. 王喜贵. 煤矿机械. 2011(05)
[9]基于拉丁超立方抽样及响应面的结构模糊分析[J]. 刘纪涛,刘飞,张为华. 机械强度. 2011(01)
[10]现代汽车热管理系统研究进展[J]. 于莹潇,袁兆成,田佳林,马家义. 汽车技术. 2009(08)
博士论文
[1]车辆冷却系统空气侧特性研究[D]. 董军启.上海交通大学 2008
[2]锯齿型错列翅片冷却器的传热、阻力及工艺特性的研究[D]. 郭丽华.上海交通大学 2007
[3]平行流冷凝器空气侧换热性能和压降的CFD仿真及试验研究[D]. 田晓虎.重庆大学 2007
硕士论文
[1]装载机两种冷却系统热特性对比分析及优化研究[D]. 王帅.吉林大学 2018
[2]50型装载机工作装置液压系统能量特性研究[D]. 刘旭.吉林大学 2017
[3]液力缓速器热流场SBES模拟与其板翅换热器多目标优化研究[D]. 徐东.吉林大学 2016
[4]纯电动汽车冷却系统数值分析[D]. 周杨.华中科技大学 2015
[5]钢制椭圆管型散热器的结构优化[D]. 金龙.青岛理工大学 2014
[6]可变几何排气系统与涡轮增压器的优化设计[D]. 王守群.山东大学 2014
[7]工程车辆波纹翅片散热器特性分析与应用研究[D]. 徐振元.吉林大学 2012
本文编号：3375742
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