EGR冷卻器氣側(cè)流量均勻性分析

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)入進氣側(cè)的作用。當(dāng)進入EGR冷卻器各冷卻管的氣體不均勻時，EGR冷卻器的換熱性能會明顯下降，同時背壓會有一定程度的上升，并惡化發(fā)動機的燃油經(jīng)濟性[1]。同時，由于EGR冷卻器的氣體不均勻會導(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)動機進氣溫度，提高進氣密度，實現(xiàn)動力提升和排放控制[2]。EGR冷卻器的流動均勻性對其散熱性能及可靠性有較大影響，如何提高EGR冷卻器流動均勻性就非常有意義，流動均勻性是指氣體流經(jīng)EGR冷卻器時散熱管內(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，但是提高流動均勻性是EGR冷卻器設(shè)計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，以及實驗周期長、成本高的問題，運用 CFD 數(shù)值模擬技術(shù)不僅可以節(jié)省大量的人力、物力，而且其操作簡單、試驗周期短，給研究EGR冷卻器提供了一個新途徑[4]。

1 氣側(cè)各管流量分析

隨著計算機技術(shù)的不斷發(fā)展進步，計算機輔助工程(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)驗設(shè)計到產(chǎn)品定型后再進行試驗的傳統(tǒng)設(shè)計方法[5]。利用計算機 CFD 軟件可以對EGR冷卻器內(nèi)部流場進行數(shù)值模擬計算，得到模擬流場信息。因此計算機 CFD 技術(shù)成為研究流體流動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)量流量及偏差對比

圖2 各管質(zhì)量流量偏差Dk

流動均勻性評價指標(biāo)[7]計算過程如下所示：

(1)

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

綜合表2中各管質(zhì)量流量，計算各管平均質(zhì)量流量為：

13.07 kg/h

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

(2)

經(jīng)公式(2)計算，各管的質(zhì)量流量偏差在表2中列出，并在圖2中進行對比。

(3)

綜合表2中各管流量偏差，計算平均質(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)域為管2、管5，最小偏差出現(xiàn)在管5為1.12%；