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内插螺旋翅片式EGR冷却器结构及流动传热性能研究
| 论文题名： | 内插螺旋翅片式EGR冷却器结构及流动传热性能研究 |
| 关键词： | EGR冷却器;螺旋翅片;传热性能;计算方法;汽车尾气 |
| 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ε_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。 |
| 作者： | 袁博 |
| 专业： | 发动机结构及流体仿真分析 |
| 导师： | 郝志勇;郭晓亮 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 浙江大学 |
| 学位年度： | 2016 |
| 正文语种： | 中文 |
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