劉叢浩，劉崇，牛俊良，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(guò)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(lái)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(guò)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%；