柴油机增压中冷器数值模拟与设计.docx
《柴油机增压中冷器数值模拟与设计.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《柴油机增压中冷器数值模拟与设计.docx(23页珍藏版)》请在得力文库 - 分享文档赚钱的网站上搜索。
1、柴油机增压中冷器数值模拟与设计 题目 柴油机增压中冷器数值模拟与设计 摘要 在讲解并描述,中冷器类型、结构中,介绍了高效换热器、板翅式换热器的结构原理对东风朝柴CY4100ZLQ增压发动机估算出增压后温度、空气质量流量及增压比,计算出了增压空气在中冷器处的进口流量及进口温度。然后再依据风扇所产生的冷空气流量,环境温度及中冷器出口温度,计算出中冷器须要散失的热量,再去确定中冷器的传热系数,同时对压力损失、增压温度、散热面积进行校核。用软件绘制出设计的中冷器零件图,利用CFD商业软件Fluent中的前置处理器Gambit对该中冷器网格划分、边界条件定义,再导入Fluent进行边界条件设定、模拟计算
2、和结果分析,最终确定中冷器优化的方向及优化措施。 关键词:CFD技术;柴油机;冷器数值模拟;设计 ABSTRACT ThearticleintroducesthestructuretheoryofHighEfficiency HeatandPlate-finHeatExchangebyelaboratingthetypesandstructuresoftheInt.Simultaneously,itestimatesthetemperatureofDon9ChaochaiY4100ZLQturboengineaftpressurization,airmassflowrateandpressur
3、eratioandcalculatestheinletflowandinlettemperaturethroughthepressurizedairintheInter.Then,accordingtotheairflowgeneratedbythefan,theenvironmenttemperatureandtheoutlettemperatureoftheInt,itcalculatesthedissipatingheatoftheIntandthendeterminestheheattransfercoefficientoftheInterThethirdistocheckthelos
4、softhehydraulicpressure,boostedtemperatureandtheareaofheatdissipation.Thefourthpartistodrawthemapofthedesignedpartsofthebysoftware,usingthefrontprocessorGambitofFluent,oneoftheCFDcommercialsoftware,meshestheIntanddefinestheboundaryconditions,andthensetstheboundaryconditionsbyinputintotheFluentsoftwa
5、re,simulationcalculationandresultanalysis.Finally,itdeterminestheoptimizationdirectionandmeasuresoftheInter. Keywords:CFDtechnology;Dieselengine;Coolernumericalsimulation;design 目 录 诚信声明. 摘要. Abstract. 第一章 前言.2 其次章 柴油机中冷器简介.3 2.1 柴油机中冷器的类型和结构.4 2.2 柴油机中冷器的类型.5 2.3 柴油机中冷器的结构.6 第三章 中冷器的计算.7 3.1中冷器结构参数
6、及运用工况.8 3.2 中冷器参数计算.9 3.2.1中冷胎冷侧散热面积F的计算.10 3.2.2发动机要求的热侧空气流.11 3.2.3中冷器的迎风面积.12 第四章 柴油机中冷器的CFD模拟优化.13 4.1 CFD 技术在管翅式换热器设计开发方面的优越性.14 4.2管翅式中冷器的 CFD 设计.15 4.2.1 中冷器的建模.16 4.2.2 网格划分.17 4.3 结果分析.18 结论.19 参考文献.20 致谢.21 附录A.22 第一章 前 言 随着汽车节能环保政策法规的深化推行,发动机清洁燃烧与尾气净化技术不断进步,其中增压中冷技术渐渐成为业界的热点 社会在发展,汽车等行业也在
7、飞速发展,内燃机的社会保有量也在不断增加,其排放威逼人类身体健康越来越受到人们的关注。在人口非常密集的城市,汽车排放对人类将带来很大危害。世界各国相继推出日益严格的的排放法规来限制汽车尾气对大气环境的污染,特殊哥本哈根会议之后,对汽车排放要求更加严格。为了满意最新的排放法规要求,是发动机能够降低排放污染物,人们提出了多种方案。而其中涡轮增压器加器(即增压中冷系统)的方案一方面可以进一步提高内燃机进气管内气体的密度,提高内燃机的功率输出;另一方面还可以降低内燃机压缩始点的温度和整个循环的平均温度,从而降低内燃机的排气温度、热负荷以及NOx的排放,如图1-1。 图1-1 涡轮增压中冷系统 对增压柴
8、油机高进气增压压力总是须要冷却,由于助推器的作用是提高发动机进气密度,从而增加了燃油喷射为了提高平均有效压力。但随着压力的增加比率,压缩机出口空气温度较高,因此在某种程度上,限制了气体密度的增加。最终这么冷,温度对柴油机的燃烧过程和排放性能产生重大影响。进口也可以是恒定位移柴油机,质量不增加的状况下增加输出功率,通过合理匹配设计的目的,还能有效改善内燃机的排放性能。随着压强的增加,入口温度的显著增长阻碍了进一步改善内燃机的性能。 试验结果表明,在相同的空燃比条件下,增压空气温度每下降10摄氏度,它的密度约增大3%,当空气燃烧消耗率都保持不变时,柴油机输出功率可以提高3%5%。不仅如此,柴油机效
9、率也随着增压空气温度下降而上升,同时还能降低排放中的污染物,改善发动机的低速性能。因此,增压柴油机中通常采纳中间冷却技术(以下简称中冷技术)。它不但可以提高发动机的功率,而且还可以降低发动机的热负荷和排气温度,用以达到降低增压柴油机排放降低的目的。 综合来看,运用中冷器的必要性如下。 (1)增加功率; (2)削减燃油消耗; (3)削减热负荷; (4)削减粉尘; (5)削减NOx的排放; (6)国家法律要求; (7)削减爆震(用于点火发动机) 因为增压中冷系统的应用,特殊是在汽车柴油机领域的运用越来越多的轻型汽车。因此,中冷器,压缩空气进入气缸冷却装置之前,是涡轮增压柴油机正常运行不行或缺的一部
10、分。了解机器的结构设计,冷却效率的探讨及其探讨方法成为一个特别重要的话题。中冷柴油发动机管道设计原则: (1)要削减方向的变更中,冷系统管路布置要简洁。 (2)管路应设固定装置。 (3)不能运用橡胶弯头来变更方向,因为它会被高压进气吹脱落。 柴油机中冷器的设计要求主要是: (1)结构简洁、紧凑 (2)工作牢靠、成本低 (3)提中学冷器的换热实力; (4)削减中冷器的流淌阻力,以削减中冷器的动力损失。 其次章 柴油机中冷器简介 柴油机中冷器本质上是热交换器的一种。它能提高增压柴油机的簇新空气密度。对压缩空气进行冷却。它是增压柴油机不行缺少的部分,提高柴油机的功率,增大柴油机的进气量,降低污染物的
11、排放。在实际应用中,其类型和结构差别很大。 2.1.柴油机中冷器的类型和结构 2.1.1.柴油机中冷器的类型 中冷柴油发动机设备类型有许多分类,台涡轮增压中冷柴油机是目前运用最多错流在寒冷的室外壁冷却方式。依据冷却介质是不同的,我们有一个水冷和风冷中冷机两大类: 1.水冷式冷机是用冷却水冷却热压缩空气、冷却水冷却冷机的冷却水系统依据不同的方式我们可以分为两种; (1)柴油机冷却系统冷却水冷却增压柴油机在这个不须要设置水冷模式,结构简洁。柴油机冷却水温度较高,在低负载的压缩空气加热,提凹凸负荷的燃烧性能;但在高负载的压缩空气冷却效果较差。因此,这种方法只能用于c涡轮增压中冷柴油发动机。 (2)两
12、套独立的冷却水冷却中冷柴油发动机系统有两套独立的冷却水系统,高温冷却水系统用于冷却机、低温冷却水系统主要用于冷却设备和中冷油冷却器。这种冷却方式最好的冷却效果,因此在内燃机广泛应用于汽车、海洋和固定运用柴油发动机。 2.冷空气冷却单元中,冷中冷装置是利用自然空气冷却介质冷却热压缩空气。气冷式冷却中冷装置依据不同驱动冷却风扇功率分为以下两种方式。 (1) 柴油机曲轴适用于汽车柴油发动机驱动风扇,面前的冷机组冷却水箱,冷却风扇,汽车是由柴油发动机曲轴在风和寒冷和冷却水箱。汽车发动机中冷通常运用这种方法。但冷发生在低负载。 (2) 在压缩空气涡轮风扇压缩空气涡轮风扇中冷系统由压缩机发出一个小空气涡轮
13、,涡轮驱动的风扇冷却中冷分发器,由于有限的驾驶涡轮气流,涡轮做功越少,风扇供应冷却空气体积比较小,明显其冷却效果较差。由于增压压力随负载改变,所以的冷却方式冷却风量也随负载改变和低负载时,风量小,高负荷时,风量大,有利于不同负荷燃烧性能。和它的尺寸很小,在车里,安装便利。 2.1.2柴油机中冷器的结构 1.水冷结构寒流广泛运用水冷中冷运用管板结构。管板中冷器在很多位置的层散热器冷却水管和锡焊或堆焊焊接在一起。由俄罗斯进口冷轧翅片管冷技术由于运用牢靠性的优点,传热系数大,也起先受到重视。在增压中冷柴油机系统地识别和应用。(1) 管片式中冷器 管板和中冷在很多位置的层管散热器、锡铅焊料焊接在一起。
14、冷却水管和散热器制造铜或铜。管的排列有叉行和行两种,管道横截面的形态是圆形,椭圆形,扁平管,形态和流线型的下降,etc.Pipe具有良好的工艺性和牢靠性,但空气流淌阻力大,空气压力损失更大。形态和流线型的下降管空气阻力越少,而是因为工艺性和牢靠性差,现在很少运用。椭圆管和管和扁管相比,具有较高的传热系数,削减空气阻力,工艺性和牢靠性比圆管但优于平面管。 (2) 冷轧翅片管式中冷器 冷轧翅片管是由金属板或内硬外软致力于陷入双金属管在球场上。通常,铜或铝钣金工作;工作在黄铜,铝双金属外管工作。双金属管道用两种金属铜的过程中固体联合在一起,几乎没有差距,即使在振动条件下长期工作不会释放,翅片管的管方
15、法固定在端板。整个过程没有焊接,没有虚拟拆焊后焊接工作和长期振动现象。的主要优势,因此,冷轧翅片管冷阱较少接触热阻、高传热系数和良好的工作牢靠性。它的缺点是,在同样的体积冷却面积少,空气阻力损失更大。冷轧翅片管结构如图2-1。 图2-1冷轧翅片管结构 2. 风冷中冷装置是由增压空气冷却高温空气后,由于热端和冷端热传递介质是空气,两侧的对流传热系数在同一数量级,因此应当大致相同的两边的传热面积,结构的风冷中冷扁管、翅片管式热交换器。平管冷散热器的扁管,压缩空气流管,冷却空气在管外流淌。由于热端换热面积太小,使心脏的传热效率低,很少运用。应用程序更翅片管翅式中冷两种类型。 (1) 板翅式中冷器 板
16、式换热器中冷结构之间的0.5 - 0.8毫米厚的金属板,钎焊与0.1 - -0.3毫米厚的薄金属板制成的鳍,密封板两端的极限。因为鳍层的方向错了90度,两个不同的方向鳍分别形成两种通道的错流传热介质。翅片类型感冒主要是由铜和硅和黄金,其结构简洁、传热面积大,效率高。光直翅片传热系数和阻力损失很小,只有在特别的场合严格与阻力。为了提高空气扰动,破坏边界层加强传热,可以运用锯齿形翅片或穿孔鳍翅片类型,等锯齿状鳍促进流体湍流,破坏的有效热阻边界,传热系数高于光直鳍30%以上。大部分的冷,用锯齿形翅片。 (2) 管翅式中冷器 管翅式的结构是在管翅基础上发展和热侧通道多孔管的形成。与板式换热器相比,它的
17、主要优点是热的一面。因为运用成型管,简化了过程,以避开内壁鳍和虚拟焊接和工作振动之间的脱焊造成的接触热阻,提高了传热效率和工作牢靠性。其缺点是热的一面只有连续光通道,难以实行措施,绕流。目前,换热器中冷装置有越来越多的应用。(3) 风冷式中冷器的构造和工作原理(以板翅式为例) 如图2-2所示为板翅式热交换器的结构基本单元 1) 冷热流体在相邻流淌的基本流道中流淌,成为一体,通过换热翅片和翅片板。因此,这种结构的基本单位是热传导的基本单位。依据流体流淌的模式许多这样的单位细胞布局叠加,钎焊翅片换热器板梁的身体或身体核心。一般来说,从强度、保温柔制造过程的需求,比如顶部和底部板梁也各有很多虚假的翅
18、片层(也称为强度层或过程)。板梁的两端通过适当的流体入口,可以形成一个台板翅片换热器。2) 翅片是换热器翅片是最基本的元素。大部分的冷热流体之间的热交换通过鳍,一小部分干脆通过分区。正常的,设计上的翅片传热面积约67%的总换热器传热面积 88%。翅片和隔膜之间的联系是完备的钎焊,所以大部分的热翅,通过隔膜和冷流体的鳍。由于翅片传热换热,不像分区干脆所以鳍有外号其次表面。 二次传热表面通常低于传热的传热效率。但假如没有基本的翅最简洁的多数水纹板式换热器。空气和加州高校艾姆斯试验室分别为没有鳍和翅片换热器的试验证明白鳍比没有翅片式换热器的体积削减了18%以上。假如设计的翅片效率为70%,最低的重量
19、可以削减10%。鳍,此外,担当任务的主要传热两个分区在加强中也扮演了重要的角色。虽然鳍和隔膜材料很薄,但强度的单位细胞的构成特别高,能承受高压。 翅片的型式许多,以下介绍其中的几种常用型式: 平直翅片 又称光滑翅片,是最基本的一种翅片。光滑翅片可由薄金属片滚轧或冲压而成。平直翅片是有带光滑壁的很长的长方形翅片,特点是当流体在形成的流道中流淌、它的传热和流淌特性与长的圆管中的传热和流淌特性相像。这种翅片的主要作用是扩大传热面,但对于促进流体湍动的作用很少。相对于其他翅片,它的特点是换热系数和阻力系数都比较小,所以宜用于要求较小的流体阻力而其自身传热性能又较好(如液侧或发生相变)的场合。此外,翅片
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 柴油机 增压 中冷器 数值 模拟 设计
限制150内