研討課案例之一：車用列管水套式排氣換熱器

1、車用列管水套式排氣換熱器的設(shè)計(jì)與換熱性能組員：張樹榛 樊明哲 王末 資料表明,現(xiàn)有的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)有效功率一般只占燃油燃燒總熱量的20 %45 %;而以余熱形式排出車外的能量占燃燒總能量的55 %80 % ,其中絕大部分為排氣余熱和冷卻水余熱. 冬季天氣寒冷,車內(nèi)乘坐舒適性較差,另外由于擋風(fēng)玻璃結(jié)霜會(huì)影響駕駛員視覺,給交通安全帶來隱患,因此可以通過回收汽車余熱來解決客車冬季取暖和除霜問題,不僅可以提高乘坐舒適性和駕駛安全性,而且可以起到節(jié)能環(huán)保的作用,這在現(xiàn)實(shí)中具有重要的意義. 水暖式排氣余熱采暖系統(tǒng)水暖式排氣余熱采暖系統(tǒng)排氣換熱器的設(shè)計(jì)排氣換熱器的設(shè)計(jì)排氣換熱器的設(shè)計(jì)原則排氣換熱器的設(shè)計(jì)原則1)

2、 排氣換熱器要結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、換熱效率高;2) 排氣換熱器能抗震動(dòng)、抗沖擊、耐高溫,適應(yīng)汽車運(yùn)行環(huán)境;3) 避免排氣泄露,保證汽車使用中的安全;4) 合理控制排氣背壓和循環(huán)冷卻水溫度,不影響發(fā)動(dòng)機(jī)工作特性,不增加冷卻系統(tǒng)的熱負(fù)荷.新型列管水套式排氣換熱器新型列管水套式排氣換熱器1) 在殼程的外圍增加了水套結(jié)構(gòu)2) 列管與管板在焊接前采用液壓脹管技術(shù)脹接3) 在水套和列管束之間設(shè)置了均衡水流量的水流分配器.換熱性能對(duì)比試驗(yàn)換熱性能對(duì)比試驗(yàn)試驗(yàn)方案試驗(yàn)方案 在數(shù)值仿真的基礎(chǔ)上,試制了一臺(tái)列管水套式換熱器的樣機(jī)(編號(hào)SL30) ,樣機(jī)主要參數(shù)如下:換熱器長398 mm ,外桶直徑為217 mm ,

3、內(nèi)桶直徑為195 mm ,列管采用37 根外徑為16 1 mm 的列管,每根列管長320 mm ,列管材料為SUS304 不銹鋼,氣路弓形折流板高115 mm.為了更好地對(duì)SL30 的換熱性能進(jìn)行評(píng)判,使分別對(duì)2 臺(tái)換熱器進(jìn)行臺(tái)架試驗(yàn),試驗(yàn)程如圖8 所示. 熱工介質(zhì)為排氣和循環(huán)冷卻水. 從發(fā)動(dòng)機(jī)水套中引出的循環(huán)冷卻水在排氣換熱器中與高溫排氣進(jìn)行熱交換,然后流入布置有4 個(gè)強(qiáng)制散熱器的模擬車廂內(nèi)散熱,散熱后的冷卻水再流回發(fā)動(dòng)機(jī). 在排氣換熱器前后的水流管路和排氣管路上分別布置各種型號(hào)的溫度傳感器、壓力傳感器和流量計(jì)對(duì)各熱工參量進(jìn)行測(cè)量.2 試驗(yàn)過程試驗(yàn)過程 分別對(duì)列管水套式換熱器SL30 和管翅

4、型換熱器PQCN20 進(jìn)行6 個(gè)工況的發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架試驗(yàn)并進(jìn)行數(shù)據(jù)記錄. 發(fā)動(dòng)機(jī)的6 個(gè)工況點(diǎn)分別為: 工況1 :轉(zhuǎn)速為800 r/ min ; 工況2 :轉(zhuǎn)速為1 300 r/ min ,轉(zhuǎn)矩為100 N m ; 工況3 :轉(zhuǎn)速為1 500 r/ min ,轉(zhuǎn)矩為200 N m ; 工況4 :轉(zhuǎn)速為1 700 r/ min ,轉(zhuǎn)矩為300 N m ; 工況5 :轉(zhuǎn)速為2 000 r/ min ,轉(zhuǎn)矩為400 N m ; 工況6 :轉(zhuǎn)速為2 200 r/ min ,轉(zhuǎn)矩為500 N m.3 試驗(yàn)結(jié)果試驗(yàn)結(jié)果 本試驗(yàn)主要考察排氣換熱器最重要的2 個(gè)性能指標(biāo):換熱效率和排氣壓力損失. 將2 種換熱器的換熱量和排氣壓力損失的試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行處理并繪制成關(guān)系曲線圖,如圖10 和圖11 所示. 回收汽車余熱進(jìn)行供暖和除霜具有很現(xiàn)實(shí)的意義. 排氣換熱器是水暖式排氣采暖系統(tǒng)的最重要部件,針對(duì)排氣換熱器的特殊使用要求,設(shè)計(jì)了一種新型的列管水套式排氣換熱器,通過數(shù)值仿真和對(duì)比試驗(yàn)相結(jié)合的方式對(duì)其換熱性能進(jìn)行了研究. 結(jié)果表明:新設(shè)計(jì)的列管水套式換熱器具有較高的換熱效率,完全能滿足客車冬季的供暖和除霜需求;但在較高工況時(shí)對(duì)排