間冷回?zé)岚l(fā)動機緊湊式換熱器流動傳熱特性研究.pdf

1、間冷回?zé)嵫h(huán)發(fā)動機以其在降低燃油消耗率、污染物排放和噪音方面等優(yōu)勢而備受關(guān)注，間冷器位于中壓壓氣機和高壓壓氣機之間的風(fēng)扇通道中，間冷器的應(yīng)用降低了高壓壓氣機進口溫度，減小了高壓壓氣機耗功；回?zé)崞魑挥诟邏簻u輪出口的噴管內(nèi)，回?zé)崞鞯膽?yīng)用有效利用了渦輪出口燃氣余熱，增加了進入燃燒室的空氣溫度，在渦輪前溫度不變的前提下可以減少燃燒室供油量，并提高了發(fā)動機的熱效率。但間冷器和回?zé)崞骷捌湎鄳?yīng)管路系統(tǒng)的引入勢必會造成內(nèi)外涵壓力損失的提升以及重量的增加

2、，這些方面的缺陷甚至?xí)窒g冷回?zé)嵫h(huán)發(fā)動機的諸多優(yōu)勢，因此，必須要設(shè)計出換熱效果好、結(jié)構(gòu)緊湊、質(zhì)量輕、壓力損失小的換熱器才能滿足間冷回?zé)嵫h(huán)發(fā)動機的實際應(yīng)用。本文重點圍繞壓力損失和換熱效率兩個重要技術(shù)指標，開展間冷器和回?zé)崞鞯哪Ｐ蛯嶒灪拖鄳?yīng)的數(shù)值計算，研究其管內(nèi)外流動與傳熱特性。本文的主要研究內(nèi)容以及研究結(jié)論如下：
　　針對回?zé)崞饔玫牡湫碗pU型管束換熱器開展了模型實驗和數(shù)值模擬。首先，針對置于矩形通道內(nèi)的單個雙U型管束換熱器進行

3、模型實驗，對比分析U型管束換熱器的管型、安裝角度、進氣方式以及進氣溫度對管內(nèi)外壓降以及換熱效率的影響；其次，針對置于噴管通道內(nèi)的串列雙U型管束換熱器進行模型實驗，對比分析幾種典型布置方式對管外壓降與換熱效率的影響規(guī)律。根據(jù)模型實驗，建立相應(yīng)的數(shù)值計算模型，對雙U型管束換熱器管內(nèi)外流場與溫度場進行了分析，以揭示更多的流動與換熱細節(jié)。鑒于管束數(shù)量多且排布緊密，將U型管束換熱器的管束處理成各向同性的多孔介質(zhì)模型進行數(shù)值計算，同時也采用三維CF

4、D方法對流動和換熱特性進行數(shù)值計算。研究結(jié)果表明，換熱器安裝角度相比管型對壓降的影響更為顯著，換熱器安裝角度和進氣方式相比管型對回?zé)嵝实挠绊懜鼮轱@著；沿噴管內(nèi)部氣流的流動方向，回?zé)崞鞯陌惭b角應(yīng)逐漸減小，以保證各個回?zé)崞鲹Q熱效率的相對均勻性；給定合理的壓力-速度關(guān)系式，基于各向同性假設(shè)的多孔介質(zhì)模型計算能夠準確地預(yù)測通道內(nèi)的壓降，但難以揭示出雙U型管束換熱器通道內(nèi)的流動特征。
　　針對間冷器用的V型布置直列管束換熱器進行了模型實驗

5、，對比分析管束偏角對管內(nèi)外壓降和換熱效率的影響規(guī)律。同時，對間冷器模型實驗建立相應(yīng)的數(shù)值計算模型，重點分析管束位置與氣流沿程對管內(nèi)流量分配的影響、偏角對管外流場的影響、以及流量分配方式和管徑對耦合換熱的影響。研究結(jié)果表明，管束偏角對管外壓降影響顯著而對管內(nèi)壓降和間冷度的影響有限，但管束偏角越大，綜合效果越好。根據(jù)實驗數(shù)據(jù)總結(jié)得到了管外努塞爾數(shù)隨管外雷諾數(shù)的準則關(guān)聯(lián)式，并與氣流橫掠管束的經(jīng)驗公式進行了對比，為間冷器的V型布局提供了理論依據(jù)

6、。減小管徑和增加管排數(shù)量可以使傳熱系數(shù)和換熱面積提高，進而提高間冷度。
　　根據(jù)間冷器與回?zé)崞鏖_展的模型實驗和某間冷回?zé)岚l(fā)動機總體所確定的結(jié)構(gòu)參數(shù)和氣動參數(shù)，利用Matlab分別編寫間冷器和回?zé)崞鞯脑O(shè)計計算程序和校核計算程序，得到滿足間冷回?zé)嵫h(huán)發(fā)動機對間冷器和回?zé)崞餍阅芤蟮慕Y(jié)構(gòu)和所需的換熱面積，并對此開展真實狀態(tài)下的數(shù)值研究。針對間冷器，分別對比研究板式和管式間冷器不同結(jié)構(gòu)對壓降和間冷度的影響規(guī)律；針對回?zé)崞?，研究其布置方式?/p>