內插螺旋翅片式EGR冷卻器結構及流動傳熱性能研究.pdf

1、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

2、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ε_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

3、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

4、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