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)動機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,另外由于擋風玻璃結(jié)霜會影響駕駛員視覺,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)計排氣換熱器的設(shè)計排氣換熱器的設(shè)計原則排氣換熱器的設(shè)計原則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、抗沖擊、耐高溫,適應(yīng)汽車運行環(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)動機工作特性,不增加冷卻系統(tǒng)的熱負荷.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.換熱性能對比試驗換熱性能對比試驗試驗方案試驗方案 在數(shù)值仿真的基礎(chǔ)上,試制了一臺列管水套式換熱器的樣機(編號SL30) ,樣機主要參數(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SL30 的換熱性能進行評判,使分別對2 臺換熱器進行臺架試驗,試驗程如圖8 所示. 熱工介質(zhì)為排氣和循環(huán)冷卻水. 從發(fā)動機水套中引出的循環(huán)冷卻水在排氣換熱器中與高溫排氣進行熱交換,然后流入布置有4 個強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)動機. 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的溫度傳感器、壓力傳感器和流量計對各熱工參量進行測量.2 試驗過程試驗過程 分別對列管水套式換熱器SL30 和管翅

4、型換熱器PQCN20 進行6 個工況的發(fā)動機臺架試驗并進行數(shù)據(jù)記錄. 發(fā)動機的6 個工況點分別為: 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 試驗結(jié)果試驗結(jié)果 本試驗主要考察排氣換熱器最重要的2 個性能指標: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結(jié)果進行處理并繪制成關(guān)系曲線圖,如圖10 和圖11 所示. 回收汽車余熱進行供暖和除霜具有很現(xiàn)實的意義. 排氣換熱器是水暖式排氣采暖系統(tǒng)的最重要部件,針對排氣換熱器的特殊使用要求,設(shè)計了一種新型的列管水套式排氣換熱器,通過數(shù)值仿真和對比試驗相結(jié)合的方式對其換熱性能進行了研究. 結(jié)果表明:新設(shè)計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;但在較高工況時對排