本文關鍵詞：內插螺旋翅片式EGR冷卻器結構及流動傳熱性能研究

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【摘要】：廢氣再循環(huán)技術(EGR)的主要作用是降低汽車尾氣中NOx及細顆粒物的排放,隨著尾氣造成的環(huán)境問題日益明顯,內燃機排放法規(guī)也越來越嚴苛,對EGR冷卻器的流體換熱性能也提出了更高的要求。本文詳細分析了EGR冷卻器設計計算中的熱計算方程、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、中心距及強化換熱的原理及方法。為了研究螺旋翅片換熱器的性能,設計了五組螺旋翅片寬度、五組螺旋翅片節(jié)距、四組螺旋翅片長度的EGR冷卻器。采用仿真計算方法對表征螺旋翅片寬、長及節(jié)距的三個無量綱量ε_Dh、ε_Lf及ε_Lp進行定性及定量分析。研究表明,同等長度多劃分一個節(jié)距,壓降隨ε_Lp變化增大近7%～10%；多增半個節(jié)距長度,出口溫度隨ε_Lf變化最大降幅達6.2%,且隨著￡_Lf值增大,換熱性能提升速度變緩；ε_Dh變化對應流動性能和換熱性能變化幅度均小于2%。針對目前廣泛應用的螺旋槽管式EGR冷卻器,結合工程需要設計開發(fā)了一種流體換熱計算和參數(shù)設計程序。該程序可以快捷獲得換熱器的流體換熱性能參數(shù),并可以結合遺傳算法對螺旋槽管管徑、中心距、根數(shù)及總換熱面積在EGR冷卻器中的參數(shù)匹配進行優(yōu)化。為了驗證所用仿真設計方法的可靠性,對款螺旋槽管式EGR冷卻器進行了仿真與試驗的比較。結果表明：采用的FLUENT仿真計算結果與試驗結果在給定流量范圍內吻合度較好,換熱系數(shù)偏差3.9%,壓降偏差6.8%,在工程計算允許誤差內。本文開發(fā)的流體換熱分析程序與目前普遍使用的商業(yè)設計程序相比,大大簡化了螺旋槽管式EGR冷卻器設計計算步驟,縮短了設計周期。在上述大量冷卻器結構計算和仿真分析的基礎上,本文創(chuàng)新提出了一種螺旋翅片與螺旋槽管相結合的螺旋翅片-槽管式EGR冷卻器設計方案。仿真分析結果表明,螺旋翅片-槽管式EGR冷卻器較螺旋槽管式EGR冷卻器管側壓降減小了20%,管側出口溫度下降約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力性能的缺點。與光管式、螺旋翅片-光管式、螺旋槽管式三種EGR冷卻器相比,流體換熱綜合性能有明顯的改進。
【學位授予單位】：浙江大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：U464

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本文編號：1214069