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        EGR冷卻器氣側(cè)流量均勻性分析

        2020-12-01 02:50:14劉叢浩劉崇??×?/span>李雙辰
        汽車零部件 2020年11期
        關(guān)鍵詞:分析質(zhì)量

        劉叢浩,劉崇,??×?,李雙辰

        (1.遼寧工業(yè)大學(xué)汽車與交通工程學(xué)院,遼寧錦州 121001;2.錦州聯(lián)升汽車零部件有限公司,遼寧錦州 121000)

        0 引言

        EGR技術(shù)中的核心部件為EGR冷卻器,它具有將廢氣冷卻并重新導(dǎo)入進(jìn)氣側(cè)的作用。當(dāng)進(jìn)入EGR冷卻器各冷卻管的氣體不均勻時(shí),EGR冷卻器的換熱性能會(huì)明顯下降,同時(shí)背壓會(huì)有一定程度的上升,并惡化發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油經(jīng)濟(jì)性[1]。同時(shí),由于EGR冷卻器的氣體不均勻會(huì)導(dǎo)致冷卻管溫度梯度過大從而產(chǎn)生熱應(yīng)力,導(dǎo)致EGR冷卻器的壽命大大降低。

        EGR冷卻器的作用是降低發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣溫度,提高進(jìn)氣密度,實(shí)現(xiàn)動(dòng)力提升和排放控制[2]。EGR冷卻器的流動(dòng)均勻性對(duì)其散熱性能及可靠性有較大影響,如何提高EGR冷卻器流動(dòng)均勻性就非常有意義,流動(dòng)均勻性是指氣體流經(jīng)EGR冷卻器時(shí)散熱管內(nèi)部流量的一致程度[3]。受結(jié)構(gòu)、加工工藝及氣體流動(dòng)特性的影響,各散熱管的流量不可能完全相同,但是提高流動(dòng)均勻性是EGR冷卻器設(shè)計(jì)者所追求的終極目標(biāo)。鑒于EGR冷卻器本身結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性,以及實(shí)驗(yàn)周期長(zhǎng)、成本高的問題,運(yùn)用 CFD 數(shù)值模擬技術(shù)不僅可以節(jié)省大量的人力、物力,而且其操作簡(jiǎn)單、試驗(yàn)周期短,給研究EGR冷卻器提供了一個(gè)新途徑[4]。

        1 氣側(cè)各管流量分析

        隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展進(jìn)步,計(jì)算機(jī)輔助工程(CAE)在產(chǎn)品開發(fā)中占有越來越重要的作用,它打破了由經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)到產(chǎn)品定型后再進(jìn)行試驗(yàn)的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法[5]。利用計(jì)算機(jī) CFD 軟件可以對(duì)EGR冷卻器內(nèi)部流場(chǎng)進(jìn)行數(shù)值模擬計(jì)算,得到模擬流場(chǎng)信息。因此計(jì)算機(jī) CFD 技術(shù)成為研究流體流動(dòng)特性的重要手段和方法[6]。

        文中分析的工況條件見表1,流速分析如圖1所示。

        表1 工況條件

        圖1 流速分析圖

        各管流速、質(zhì)量流量及偏差對(duì)比見表2,各管質(zhì)量流量偏差如圖2所示。

        表2 各管流速、質(zhì)量流量及偏差對(duì)比

        圖2 各管質(zhì)量流量偏差Dk

        流動(dòng)均勻性評(píng)價(jià)指標(biāo)[7]計(jì)算過程如下所示:

        (1)

        式中:N為換熱扁管數(shù)量;Gk為第k個(gè)換熱管的質(zhì)量流量,kg/h。

        綜合表2中各管質(zhì)量流量,計(jì)算各管平均質(zhì)量流量為:

        13.07 kg/h

        (2)質(zhì)量流量偏差Dk:第k根管的實(shí)際流量與平均流量之間的相對(duì)偏差。

        (2)

        經(jīng)公式(2)計(jì)算,各管的質(zhì)量流量偏差在表2中列出,并在圖2中進(jìn)行對(duì)比。

        (3)

        綜合表2中各管流量偏差,計(jì)算平均質(zhì)量流量偏差:

        100% = 5.01%

        (4)

        2 結(jié)論

        (1)從各管平均質(zhì)量流量偏差Dk結(jié)果分析,其中靠近兩側(cè)的管1、管6偏差最大,最大偏差出現(xiàn)在管6為-7.58%;

        (2)小偏差區(qū)域?yàn)楣?、管5,最小偏差出現(xiàn)在管5為1.12%;

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