【摘要】：近年來,汽車行業(yè)的迅速發(fā)展,使汽車排放的污染物成為了環(huán)境污染的主要源頭之一。隨著能源危機和空氣污染問題的日益嚴重,汽車排放法規(guī)也變得越來越嚴苛。廢氣再循環(huán)技術(shù)(EGR)可以有效降低內(nèi)燃機NOx排放,同時也會對內(nèi)燃機的動力性、燃油經(jīng)濟性和顆粒物排放帶來不同程度的影響。EGR冷卻器的換熱效果對EGR系統(tǒng)有著至關(guān)重要的作用。EGR冷卻器內(nèi)由于溫度分布不均勻引起的熱應(yīng)力是導(dǎo)致EGR冷卻器結(jié)構(gòu)失效的重要原因。因此,本文以某款2.0L柴油機廢氣再循環(huán)系統(tǒng)中的冷卻器為研究對象,對其進行流動傳熱及結(jié)構(gòu)優(yōu)化具有重要工程應(yīng)用價值。本文基于某款新U型管殼式EGR冷卻器,建立了該U型管殼式EGR冷卻器的三維模型,并以此模型為基礎(chǔ),對螺紋管的螺紋間距、螺紋寬度和螺紋深度這三個螺紋管關(guān)鍵結(jié)構(gòu)參數(shù)分別設(shè)置5個變量水平,并分析這幾個變量所帶來的網(wǎng)格數(shù)量,換熱面的的變化。然后在有限元分析軟件ANSYS中建立了仿真模擬分析平臺,針對不同的模型進行了模擬計算,分析了基礎(chǔ)模型的溫度場、壓力場和速度場,并將結(jié)果與實驗臺架中的溫度和壓降數(shù)據(jù)進行對比,換熱偏差1.56%,壓降偏差3.56%,在工程計算允許范圍內(nèi),驗證仿真模擬的可行性。探究了螺紋管螺紋間距、螺紋寬度和螺紋深度對冷卻器換熱及壓降特性的影響。其中螺紋間距、螺紋深度、螺紋寬度對冷卻器換熱特性影響逐漸減小。后續(xù)分別對該EGR冷卻器殼程和管程進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化,在殼程加入弓形折流板,在管程內(nèi)插扭帶,來強化換熱。探討了折流板數(shù)量對冷卻器的內(nèi)部溫度場、壓力場和速度場的影響,并對折流板數(shù)量所帶來的換熱和壓降效果進行了分析,適量加入折流板可改善殼程內(nèi)溫度密集區(qū)域。在內(nèi)插扭帶方面,對扭帶的長度、寬度以及節(jié)距這三個關(guān)鍵結(jié)構(gòu)參數(shù)進行了變化,每個參數(shù)設(shè)置5個變量水平,并對這些模型進行仿真模擬,比較了內(nèi)插扭帶前后所帶來的換熱和壓降特性的變化,顯示了內(nèi)插扭帶的顯著效果。當插入扭帶原型,在最大氣體流量下,出氣口溫度降低了34.87℃,換熱效率提高7.98%,出氣口壓降降低了0.054kPa,壓降阻力降低0.32%。最后分別探討了扭帶的長度、寬度以及節(jié)距對換熱和壓降特性所帶來的影響。其中扭帶長度、扭帶節(jié)距、扭帶寬度對冷卻器換熱特性影響逐漸減小。本文的研究內(nèi)容可以為今后汽車EGR冷卻器的換熱和壓降特性分析及冷卻器的設(shè)計生產(chǎn)提供一定的參考價值,且仿真模擬方法同樣可用于其他冷卻器的模擬計算。本文所建立的測試系統(tǒng)驗證了仿真模擬方法的可行性。
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TK124;U464.138

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本文編號：2711303