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1、西华大学硕士学位论文采用热管技术的车用中冷器设计及其仿真姓名：黎长青申请学位级别：硕士专业：动力机械及工程指导教师：彭忆强20080501西华大学硕士学位论文采用热管技术的车用中冷器设计及其仿真动力机械及工程专业研究生黎长青指导教师彭忆强增压中冷是提高发动机动力性、经济性，降低发动机热负荷、发动机排放的重要手段，在新型发动机的开发中应用越来越多。中冷器是实现进气冷却技术的关键性部件，很多著名的中冷器生产商及其研究机构积极地试图研制开发出更先进、更完善的中冷器产品。而热管作为一种非常高效的传热元件，越来越多地被应用于各种热设计工程中。在本文第二章中，根据高效中冷器的设计要求和热交换器的特点，完成
2、了一台热管中冷器的热力学计算并对该中冷器进行了火用分析。在本文第三章，利用S i m u l i n k 软件对热管中冷器进行了建模仿真，第四章用A M E S i m 软件对发动机进行了建模，实现了热管中冷器用于发动机的性能仿真。同时对热管中冷器与某型号管带式中冷器进行了仿真结果与中冷器本身结构的比较。在本文第五章，作者对热管进行了极限校核。同时运用计算机编程，组建了热管中冷器的热力计算的程序软件，使热管中冷器的设计更加简便。本文旨在研究热管技术在内燃机上应用的可能性，使热管技术更好地应用于内燃机行业，服务于社会生产。关键词：内燃机火用中冷热管A M E S i mI n t e r c o
3、 o l e rd e s i g na n ds i m u l a t i o nb a s e do nh e a t - - p i p e t e c h n o l o g yP o w e rM a c h i n e r ya n dE n g i n e e r i n gP o s t g r a d u a t e ：L iC h a n g q i n gT u t o r ：P e n gY i q i a n gT h et u r b o 。c h a r g i n ga n di n t e r - c o o l i n gt e c h n o l o g
4、 yi so n eo ft h ei m p o r t a n tm e t h o d st or a i s i n gp o w e rp e r f o r m a n c ea n df u e le c o n o m y , d e c r e a s i n gt h et h e r m a ll o a da n de x h a u s te m i s s i o n s ，a n di th a sb e e nm o r ea n dm o r eu s e di nt h en e we n g i n ee x p l o i t a t i o n I n
5、 t e r c o o l e ri st h ek e yp a r to ft h ec h a r g e - a i rc o o l i n g S o ，m a n yf a m o u sm a n u f a c t u r e r sa n dr e s e a r c hi n s t i t u t e se x p e c tt od e v e l o pn e wi n t e r c o o l e rp r o d u c t i o n T h eh e a t - p i p ea sav e r ye f f i c i e n th e a tt r
6、a n s f e rc o m p o n e n ti sm o r ea n dm o r eu s e di nh e a td e s i g np r o j e c t s I nc h a p t e r2 ，o n ei n t e r c o o l e ri sd e s i g n e db a s e dO Nt h er e q u i r e m e n to fh i g he f f i c i e n c yo fi n t e r - c o o l i n gh e a t - e x c h a n g e rw i t hh e a t - p i
7、p e T h en e we n e r g ye f f i c i e n c ym e t h o di su s e dt oa n a l y z et h i si n t e r c o o l e r I nc h a p t e r3 ，t h em o d e lo ft h eh e a t - p i p ei n t e r c o o l e ri sb u i l tw i t hS i m u l i n ka n dt h es i m u l a t i o nr e s u l t sa r eg o t I nc h a p t e r4 ，t h e
8、m o d e lo fo n ei n t e r c o o l e dd i e s e le n g i n ei sb u i l tw i t hA M E S i m ，a n dt h es i m u l a t i o nr e s u l t sa r ea n a l y z e d T h e n ，t h ec o m p a r i s o nb e t w e e nt h et w ot y p e si n t e r c o o l e ri sm a d ei ns i z e , w e i g h ta n dp r i c e I nc h a p
9、 t e r5 ，t h el i m i t a i o n to ft h eh e a t p i p ei sc h e c k e da n dac o m p u t e rp r o g r a mt od e s i g nt h eh e a t - p i p ei n t e r c o o l e ri sw r i t t e nw i t hV B ，w h i c hm a k e st h ed e s i g no fi n t e r c o o l e rm u c hm o r ee a s y T h ea i mo ft h i sw o r ki
10、st os t u d yt h ef o r e g r o u n do ft h ea p p l i c a t i o no fh e a t p i p et e c h n o l o g yi nd i e s e le n g i n ea n di ni n t e r n a lc o m b u s t i o ne n g i n ei n d u s t r y K e y w o r d s ：I n t e r n a lc o m b u s t i o ne n g i n e ，U s e f u le n e r g y , I n t e r - c
11、o o l i n g ，H e a t - p i p e ，A M E S i m西华大学硕士学位论文声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师的指导下进行的研究工作和研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文不包括他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包括为获得西华大学或其它教育机构的学位论文或证书所使用过的材料。本学位论文成果是本人在西华大学读书问在导师的指导下取得的，论文成果归西华大学所有，特此声明!学位论文作者签名：导师签名：肼矽钐月I o 日 口5 年月C9 日西华大学硕士学位论文1 绪论1 1 前言目前，一方面由于汽车在往高速、重载方向发展，对发动机的功率和燃料经济性提出更
12、高的要求；另一方面，汽车发动机排气中的有害气体造成大气的污染，也引起人们高度重视，极力寻求减小大气污染的措施。基于这种种方面的原因，使汽车发动机增压技术获得很快的发展。增压技术已经成为提高发动机输出功率、扭矩以及降低油耗的主要方法之一。但是空气在压气机中压缩后，其温度上升会使密度下降。在增压发动机中，功率的大小与增压压力成正比，与增压温度成反比。根据热力学原理，增压空气在增压器中压缩是按多变过程进行的。为了使增压后空气具有尽可能大的密度和较低的温度，需要在增压器和发动机之间设置一个冷却器( 中冷器) ，对增压空气进行冷却，即所谓中间冷却。各发动机厂商对此有严格规定，例如：潍柴公司生产的W D
13、6 1 5 系列柴油机要求在大气温度为2 0 。C 时，中冷后的进气温度不得超过5 5o C 乜1 。在给定的增压压力下，增压空气温度每下降1 0 0 C ，其密度约增加3 ，发动机功率约提高3 5 。或者在相同功率下，燃料的消耗减少1 5 ，可使最高燃烧温度和整个循环的平均温度下降3o C 乜1 。显然，进气冷却对增压发动机的动力性、经济性及对排气净化程度都有较大的提高，因此，增压中冷是柴油机发展的关键性技术之一。1 2 一般中冷系统介绍1 2 1 中冷器的类型乜1发动机中间冷却技术的类型根据所采用的冷却介质的不同可分为两种。一种是利用发动机的循环冷却水对中冷器进行冷却，即水一空中冷系统。当
14、利用冷却水冷却时，需要添置一个独立循环水的辅助系统才能达到较好的冷却效果，这种方式成本较高而且机构复杂。在汽车上很少采用。西华大学硕士学位论文另一种是利用外部空气冷却，即空一空中冷系统。这种系统结构简单，性能可靠，热传导效率高，汽车发动机大都采用空气冷却式中冷器。空一空中冷系统由中冷器，进出气连接管路组成，中冷器为核心部件。、1 2 2 中冷器的结构传统结构的中冷器主要由多块引导增压空气和冷却介质流的板壁组成，为了提高传热效果和扩大散热面积，在介质流道中可以布置散热片。由此通过板壁和散热片可以间接地进行热交换，通常散热片由导热性能良好的金属制成。为了降低制造成本，介质流应按横流或横向逆流的原则
15、进行。水冷式中冷器可分为圆管式中冷器和扁管式中冷器。( 1 ) 圆管式中冷器圆管式中冷器芯子由许多散热片组成，冷却圆管穿过散热片。冷却圆管与散热片上管孔翻边凸缘连接，用来导热。圆管式中冷器的优点是对冷却水要求较低，性能可靠，可直接供给经过筛滤的海水或河水。( 2 ) 扁管式中冷器就相对效率和压力损失而言，圆管式中冷器系统不如扁管式中冷器对于采用相同结构尺寸的扁管式中冷器系统，由于扁管具有有利于流动的形状，所以增压空气侧产生很小的压力损失，因此可多布置散热片。但是扁管式中冷器仅限于封闭式的冷却系统，因为较狭窄的管道要求更清洁的水。( 3 ) 空一空冷却中冷器中，增压空气流过扁管，在扁管内可设置内
16、部紊流片。在管子之间布置冷却空气的散热带。热管中冷器的结构与传统结构的中冷器有很大区别，将热管元件按一定行列间距布置，成束装在框架的壳体内，用中间隔板将热管的加热段和散热段隔开，构成热管中冷器。1 2 3 中冷方式1 在水一空中冷方式中，用发动机冷却液来冷却增压空气是常用的方法。需要注意的是，由于受到冷却液温度的限制，增压空气经中冷器后很难达到比较2西华大学硕士学位论文低的进气温度( 如1 0 0o C 以下) ，特别是对于采用高温冷却系统的发动机，其中冷效果很难达到比较理想的状况。另一方面，由于冷却液带走的这一部分热量，实际上最后还要通过水散热器散到大气中去，因此增加了冷却系统中水散热器的负担，或者增加一个散热系统。这样的结果从传热过程上是二次传热，即整体的换热效率比较低，增大了系统的体积。独立中冷循环系统，虽然可以提供较为满意的进气温度，但因其需要较低温度的外源水，加之结构与布置均比较复杂，在车辆上应用有很多困难，几乎无法应用。2 对于空一空中冷，由于进行热交换两侧的流体具有较大的温差，因此，从中冷器设计来讲，一般可以达
