微型間歇式回熱器流動及換熱特性研究.pdf

1、近年來，微型內燃機憑借其能量密度高的巨大優(yōu)勢正成為新一代便攜式電源的發(fā)展趨勢。本文正是基于中科院廣州能源所、工程熱物理所、南京航空航天大學提出的微型三臂擺動式發(fā)動機概念，針對其熱工效率低于10％的情況，開展了對其能量損失的主要途徑的分析，提出了通過加裝回熱器進行余熱回收的方法來提高發(fā)動機熱工效率，發(fā)明了一種帶回熱器的微型擺式發(fā)動機混合循環(huán)原理，同時，對回熱器中存在著的小尺度小流量以及間歇式換熱這兩大特性進行了分析研究，主要工作和結論如下

2、：
　　發(fā)動機運行多缸混合循環(huán)時，回熱器可通過回收發(fā)動機尾氣中以及腔體泄漏的熱量加熱預混壓縮氣體，在理論上不僅可以保證發(fā)動機正常運行并且有效提高了熱工效率。
　　對于小尺度小流量的特點，先在二維平行平板通道中討論了兩種經典的熱邊界條件——恒熱流與恒壁溫條件的適用性，結果表明：冷熱氣體進口熱容相同，換熱情況近似恒熱流；固體材料導熱系數增加，換熱趨于恒壁溫，但仍不可用后者替代；雷諾數極小時，比表面積較大的因素決定了換熱近似恒壁溫

3、。接著，采用恒熱流邊界條件代替熱氣，數值模擬單圓管通道中Re?150~1500的層流流動與換熱，結果表明：流動方面，阻力系數變化規(guī)律與常規(guī)尺度趨勢相同，但低雷諾數時需考慮管徑的影響，管徑越小，阻力系數越小；傳熱方面，氣體物性隨溫度變化較大；軸向導熱效應惡化換熱效率且受幾何尺寸的影響。最后，設計了套管換熱器，并著重分析了軸向導熱效應對換熱有效度的影響，發(fā)現不同幾何參數、固體材料導熱系數對軸向導熱效應影響程度不同，根據所得結論，對回熱器進行

4、優(yōu)化，把有效度的下降值控制在5%之內。
　　對于間歇式換熱的特點，對前文已設計的套管換熱器在簡化工況下進行數值模擬研究，得到了不同于定常換熱的兩個主要特點，分別為：固壁軸向導熱效應顯著以及固壁溫度隨時間的產生周期波動。并提出了評價兩個特性的無量綱參數氣固傳熱熱阻與固體軸向導熱熱阻比R*以及氣體與固壁熱容量比C*，分析了影響這兩個參數的因素以及作用機制。
　　基于前文對小尺度間歇式流動及換熱的研究，初步設計了應用于擺式發(fā)動機的