摘要在講述，中冷器類型、結(jié)構(gòu)中，介紹了高效換熱器、板翅式換熱器的結(jié)構(gòu)原理對東風(fēng)朝柴CY4100ZLQ增壓發(fā)動機(jī)估算出增壓后溫度、空氣質(zhì)量流量及增壓比，計算出了增壓空氣在中冷器處的進(jìn)口流量及進(jìn)口溫度。然后再根據(jù)風(fēng)扇所產(chǎn)生的冷空氣流量，環(huán)境溫度及中冷器出口溫度，計算出中冷器需要散失的熱量，再去確定中冷器的傳熱系數(shù)，同時對壓力損失、增壓溫度、散熱面積進(jìn)行校核。用軟件繪制出設(shè)計的中冷器零件圖，利用CFD商業(yè)軟件Fluent中的前置處理器Gambit對該中冷器網(wǎng)格劃分、邊界條件定義，再導(dǎo)入Fluent進(jìn)行邊界條件設(shè)定、模擬計算和結(jié)果分析，最后確定中冷器優(yōu)化的方向及優(yōu)化措施。關(guān)鍵詞：CFD技術(shù)；柴油機(jī)；冷器數(shù)值模擬；設(shè)計ABSTRACTThe

article

introduces

the

structure

theory

of

High

EfficiencyHeat

and

Plate-fin

Heat

Exchange

by

elaborating

the

types

and

structures

of

the

Int.

Simultaneously,

it

estimates

the

temperature

of

Don9

ChaochaiY4100ZLQ

turbo

engine

aft

pressurization,

air

mass

flow

rate

and

pressure

ratio

and

calculates

the

inlet

flow

and

inlet

temperature

through

the

pressurized

air

in

the

Inter.

Then,

according

to

the

air

flow

generated

by

the

fan,

the

environment

temperature

and

the

outlet

temperature

of

the

Int,

it

calculates

the

dissipating

heat

of

the

Int

and

then

determines

the

heat

transfer

coefficient

of

the

Inter

The

third

is

to

check

the

loss

of

the

hydraulic

pressure,

boosted

temperature

and

the

area

of

heat

dissipation.

The

fourth

part

is

to

draw

the

map

of

the

designed

parts

of

the

by

software,

using

the

front

processor

Gambit

of

Fluent,

one

of

the

CFD

commercial

software,

meshes

the

Int

and

defines

the

boundary

conditions,

and

then

sets

the

boundary

conditions

by

input

into

the

Fluent

software,

simulation

calculation

and

result

analysis.

Finally,

it

determines

the

optimization

direction

and

measures

of

the

Inter.

Keywords:

CFD

technology;

Diesel

engine;

Cooler

numerical

simulation;

design

目錄誠信聲明……...………….............………....Ⅰ摘要…….....................................................................ⅡAbstract…………….................……..………Ⅲ第一章前言……................................................................................................................2柴油機(jī)中冷器簡介............................................................................................32.1柴油機(jī)中冷器的類型和結(jié)構(gòu)............................................................................................42.2柴油機(jī)中冷器的類型........................................................................................................52.3柴油機(jī)中冷器的結(jié)構(gòu)........................................................................................................6第三章中冷器的計算........................................................................................................73.1中冷器結(jié)構(gòu)參數(shù)及使用工況.............................................................................................83.2中冷器參數(shù)計算................................................................................................................93.2.1中冷胎冷側(cè)散熱面積F的計算............................................................................103.2.2發(fā)動機(jī)要求的熱側(cè)空氣流....................................................................................113.2.3中冷器的迎風(fēng)面積................................................................................................12第四章柴油機(jī)中冷器的CFD模擬優(yōu)化....................................................................134.1CFD技術(shù)在管翅式換熱器設(shè)計開發(fā)方面的優(yōu)越性......................................................144.2管翅式中冷器的CFD設(shè)計............................................................................................15 4.2.1中冷器的建模....................................................................................................164.2.2網(wǎng)格劃分.............................................................................................................174.3結(jié)果分析.................................................................................................................18結(jié)論.........................................................................................................................................19參考文獻(xiàn)................................................................................................................................20致謝.........................................................................................................................................21附錄A......................................................................................................................................22第一章前言隨著汽車節(jié)能環(huán)保政策法規(guī)的深入推行，發(fā)動機(jī)清潔燃燒與尾氣凈化技術(shù)不斷進(jìn)步，其中增壓中冷技術(shù)逐漸成為業(yè)界的熱點．社會在發(fā)展，汽車等行業(yè)也在飛速發(fā)展，內(nèi)燃機(jī)的社會保有量也在不斷增加，其排放威脅人類身體健康越來越受到人們的關(guān)注。在人口十分密集的城市，汽車排放對人類將帶來很大危害。世界各國相繼推出日益嚴(yán)格的的排放法規(guī)來控制汽車尾氣對大氣環(huán)境的污染，特別哥本哈根會議之后，對汽車排放要求更加嚴(yán)格。為了滿足最新的排放法規(guī)要求，是發(fā)動機(jī)能夠降低排放污染物，人們提出了多種方案。而其中渦輪增壓器加器（即增壓中冷系統(tǒng)）的方案一方面可以進(jìn)一步提高內(nèi)燃機(jī)進(jìn)氣管內(nèi)氣體的密度,提高內(nèi)燃機(jī)的功率輸出;另一方面還可以降低內(nèi)燃機(jī)壓縮始點的溫度和整個循環(huán)的平均溫度,從而降低內(nèi)燃機(jī)的排氣溫度、熱負(fù)荷以及NOx的排放，如圖1-1。圖1-1渦輪增壓中冷系統(tǒng)對增壓柴油機(jī)高進(jìn)氣增壓壓力總是需要冷卻,由于助推器的作用是提高發(fā)動機(jī)進(jìn)氣密度,從而增加了燃油噴射為了提高平均有效壓力。但隨著壓力的增加比率,壓縮機(jī)出口空氣溫度較高,因此在某種程度上,限制了氣體密度的增加。最后這么冷,溫度對柴油機(jī)的燃燒過程和排放性能產(chǎn)生重大影響。進(jìn)口也可以是恒定位移柴油機(jī),質(zhì)量不增加的情況下增加輸出功率,通過合理匹配設(shè)計的目的,還能有效改善內(nèi)燃機(jī)的排放性能。隨著壓強(qiáng)的增加,入口溫度的顯著增長阻礙了進(jìn)一步改善內(nèi)燃機(jī)的性能。實驗結(jié)果表明，在相同的空燃比條件下，增壓空氣溫度每下降10攝氏度，它的密度約增大3%，當(dāng)空氣燃燒消耗率都保持不變時，柴油機(jī)輸出功率可以提高3%～5%。不僅如此，柴油機(jī)效率也隨著增壓空氣溫度下降而上升，同時還能降低排放中的污染物，改善發(fā)動機(jī)的低速性能。因此，增壓柴油機(jī)中通常采用中間冷卻技術(shù)(以下簡稱中冷技術(shù))。它不但可以提高發(fā)動機(jī)的功率，而且還可以降低發(fā)動機(jī)的熱負(fù)荷和排氣溫度，用以達(dá)到降低增壓柴油機(jī)排放降低的目的。綜合來看，使用中冷器的必要性如下。（1）增加功率；（2）減少燃油消耗；（3）減少熱負(fù)荷；（4）減少粉塵；（5）減少NOx的排放；（6）國家法律要求；（7）減少爆震（用于點火發(fā)動機(jī)）因為增壓中冷系統(tǒng)的應(yīng)用,特別是在汽車柴油機(jī)領(lǐng)域的使用越來越多的輕型汽車。因此,中冷器,壓縮空氣進(jìn)入氣缸冷卻裝置之前,是渦輪增壓柴油機(jī)正常運行不可或缺的一部分。了解機(jī)器的結(jié)構(gòu)設(shè)計,冷卻效率的研究及其研究方法成為一個非常重要的話題。中冷柴油發(fā)動機(jī)管道設(shè)計原則:（1）要減少方向的改變中，冷系統(tǒng)管路布置要簡潔。（2）管路應(yīng)設(shè)固定裝置。（3）不能使用橡膠彎頭來改變方向，因為它會被高壓進(jìn)氣吹脫落。柴油機(jī)中冷器的設(shè)計要求主要是：（1）結(jié)構(gòu)簡單、緊湊（2）工作可靠、成本低（3）提高中冷器的換熱能力；（4）減少中冷器的流動阻力，以減少中冷器的動力損失。第二章柴油機(jī)中冷器簡介柴油機(jī)中冷器本質(zhì)上是熱交換器的一種。它能提高增壓柴油機(jī)的新鮮空氣密度。對壓縮空氣進(jìn)行冷卻。它是增壓柴油機(jī)不可缺少的部分，提高柴油機(jī)的功率，增大柴油機(jī)的進(jìn)氣量，降低污染物的排放。在實際應(yīng)用中，其類型和結(jié)構(gòu)差別很大。2.1.柴油機(jī)中冷器的類型和結(jié)構(gòu)2.1.1.柴油機(jī)中冷器的類型中冷柴油發(fā)動機(jī)設(shè)備類型有很多分類,臺渦輪增壓中冷柴油機(jī)是目前使用最多錯流在寒冷的室外壁冷卻方式。根據(jù)冷卻介質(zhì)是不同的,我們有一個水冷和風(fēng)冷中冷機(jī)兩大類:1.水冷式冷機(jī)是用冷卻水冷卻熱壓縮空氣、冷卻水冷卻冷機(jī)的冷卻水系統(tǒng)根據(jù)不同的方式我們可以分為兩種;（1）柴油機(jī)冷卻系統(tǒng)冷卻水冷卻增壓柴油機(jī)在這個不需要設(shè)置水冷模式,結(jié)構(gòu)簡單。柴油機(jī)冷卻水溫度較高,在低負(fù)載的壓縮空氣加熱,提高低負(fù)荷的燃燒性能;但在高負(fù)載的壓縮空氣冷卻效果較差。因此,這種方法只能用于c渦輪增壓中冷柴油發(fā)動機(jī)。（2）兩套獨立的冷卻水冷卻中冷柴油發(fā)動機(jī)系統(tǒng)有兩套獨立的冷卻水系統(tǒng),高溫冷卻水系統(tǒng)用于冷卻機(jī)、低溫冷卻水系統(tǒng)主要用于冷卻設(shè)備和中冷油冷卻器。這種冷卻方式最好的冷卻效果,因此在內(nèi)燃機(jī)廣泛應(yīng)用于汽車、海洋和固定使用柴油發(fā)動機(jī)。2.冷空氣冷卻單元中，冷中冷裝置是利用自然空氣冷卻介質(zhì)冷卻熱壓縮空氣。氣冷式冷卻中冷裝置根據(jù)不同驅(qū)動冷卻風(fēng)扇功率分為以下兩種方式。（1）柴油機(jī)曲軸適用于汽車柴油發(fā)動機(jī)驅(qū)動風(fēng)扇,面前的冷機(jī)組冷卻水箱,冷卻風(fēng)扇,汽車是由柴油發(fā)動機(jī)曲軸在風(fēng)和寒冷和冷卻水箱。汽車發(fā)動機(jī)中冷通常使用這種方法。但冷發(fā)生在低負(fù)載。（2）在壓縮空氣渦輪風(fēng)扇壓縮空氣渦輪風(fēng)扇中冷系統(tǒng)由壓縮機(jī)發(fā)出一個小空氣渦輪,渦輪驅(qū)動的風(fēng)扇冷卻中冷分發(fā)器,由于有限的駕駛渦輪氣流,渦輪做功越少,風(fēng)扇提供冷卻空氣體積比較小,顯然其冷卻效果較差。由于增壓壓力隨負(fù)載變化,所以的冷卻方式冷卻風(fēng)量也隨負(fù)載變化和低負(fù)載時,風(fēng)量小,高負(fù)荷時,風(fēng)量大,有利于不同負(fù)荷燃燒性能。和它的尺寸很小,在車?yán)?安裝方便。2.1.2柴油機(jī)中冷器的結(jié)構(gòu)1.水冷結(jié)構(gòu)寒流廣泛使用水冷中冷使用管板結(jié)構(gòu)。管板中冷器在許多位置的層散熱器冷卻水管和錫焊或堆焊焊接在一起。由俄羅斯進(jìn)口冷軋翅片管冷技術(shù)由于使用可靠性的優(yōu)點,傳熱系數(shù)大,也開始受到重視。在增壓中冷柴油機(jī)系統(tǒng)地識別和應(yīng)用。管片式中冷器管板和中冷在許多位置的層管散熱器、錫鉛焊料焊接在一起。冷卻水管和散熱器制造銅或銅。管的排列有叉行和行兩種,管道橫截面的形狀是圓形,橢圓形,扁平管,形狀和流線型的下降,etc.Pipe具有良好的工藝性和可靠性,但空氣流動阻力大,空氣壓力損失更大。形狀和流線型的下降管空氣阻力越少,而是因為工藝性和可靠性差,現(xiàn)在很少使用。橢圓管和管和扁管相比,具有較高的傳熱系數(shù),減少空氣阻力,工藝性和可靠性比圓管但優(yōu)于平面管。冷軋翅片管式中冷器冷軋翅片管是由金屬板或內(nèi)硬外軟致力于陷入雙金屬管在球場上。通常,銅或鋁鈑金工作;工作在黃銅,鋁雙金屬外管工作。雙金屬管道用兩種金屬銅的過程中固體聯(lián)合在一起,幾乎沒有差距,即使在振動條件下長期工作不會釋放,翅片管的管方法固定在端板。整個過程沒有焊接,沒有虛擬拆焊后焊接工作和長期振動現(xiàn)象。的主要優(yōu)勢,因此,冷軋翅片管冷阱較少接觸熱阻、高傳熱系數(shù)和良好的工作可靠性。它的缺點是,在同樣的體積冷卻面積少,空氣阻力損失更大。冷軋翅片管結(jié)構(gòu)如圖2-1。圖2-1冷軋翅片管結(jié)構(gòu)2.風(fēng)冷中冷裝置是由增壓空氣冷卻高溫空氣后,由于熱端和冷端熱傳遞介質(zhì)是空氣,兩側(cè)的對流傳熱系數(shù)在同一數(shù)量級,因此應(yīng)該大致相同的兩邊的傳熱面積,結(jié)構(gòu)的風(fēng)冷中冷扁管、翅片管式熱交換器。平管冷散熱器的扁管,壓縮空氣流管,冷卻空氣在管外流動。由于熱端換熱面積太小,使心臟的傳熱效率低,很少使用。應(yīng)用程序更翅片管翅式中冷兩種類型。板翅式中冷器板式換熱器中冷結(jié)構(gòu)之間的0.5-0.8毫米厚的金屬板,釬焊與0.1--0.3毫米厚的薄金屬板制成的鰭,密封板兩端的極限。因為鰭層的方向錯了90度,兩個不同的方向鰭分別形成兩種通道的錯流傳熱介質(zhì)。翅片類型感冒主要是由銅和硅和黃金,其結(jié)構(gòu)簡單、傳熱面積大,效率高。光直翅片傳熱系數(shù)和阻力損失很小,只有在特殊的場合嚴(yán)格與阻力。為了提高空氣擾動,破壞邊界層加強(qiáng)傳熱,可以使用鋸齒形翅片或穿孔鰭翅片類型,等鋸齒狀鰭促進(jìn)流體湍流,破壞的有效熱阻邊界,傳熱系數(shù)高于光直鰭30%以上。大部分的冷,用鋸齒形翅片。管翅式中冷器管翅式的結(jié)構(gòu)是在管翅基礎(chǔ)上發(fā)展和熱側(cè)通道多孔管的形成。與板式換熱器相比,它的主要優(yōu)點是熱的一面。因為使用成型管,簡化了過程,以避免內(nèi)壁鰭和虛擬焊接和工作振動之間的脫焊造成的接觸熱阻,提高了傳熱效率和工作可靠性。其缺點是熱的一面只有連續(xù)光通道,難以采取措施,繞流。目前,換熱器中冷裝置有越來越多的應(yīng)用。風(fēng)冷式中冷器的構(gòu)造和工作原理（以板翅式為例）如圖2-2所示為板翅式熱交換器的結(jié)構(gòu)基本單元冷熱流體在相鄰流動的基本流道中流動,成為一體,通過換熱翅片和翅片板。因此,這種結(jié)構(gòu)的基本單位是熱傳導(dǎo)的基本單位。根據(jù)流體流動的模式很多這樣的單位細(xì)胞布局疊加,釬焊翅片換熱器板梁的身體或身體核心。一般來說,從強(qiáng)度、保溫和制造過程的需求,比如頂部和底部板梁也各有許多虛假的翅片層(也稱為強(qiáng)度層或過程)。板梁的兩端通過適當(dāng)?shù)牧黧w入口,可以形成一個臺板翅片換熱器。翅片是換熱器翅片是最基本的元素。大部分的冷熱流體之間的熱交換通過鰭,一小部分直接通過分區(qū)。正常的,設(shè)計上的翅片傳熱面積約67%的總換熱器傳熱面積~88%。翅片和隔膜之間的聯(lián)系是完美的釬焊,所以大部分的熱翅,通過隔膜和冷流體的鰭。由于翅片傳熱換熱,不像分區(qū)直接所以鰭有綽號第二表面。二次傳熱表面通常低于傳熱的傳熱效率。但如果沒有基本的翅最簡單的無數(shù)波紋板式換熱器?？諝夂图又荽髮W(xué)艾姆斯實驗室分別為沒有鰭和翅片換熱器的實驗證明了鰭比沒有翅片式換熱器的體積減少了18%以上。如果設(shè)計的翅片效率為70%,最低的重量可以減少10%。鰭,此外,承擔(dān)任務(wù)的主要傳熱兩個分區(qū)在加強(qiáng)中也扮演了重要的角色。雖然鰭和隔膜材料很薄,但強(qiáng)度的單位細(xì)胞的構(gòu)成非常高,能承受高壓。翅片的型式很多，以下介紹其中的幾種常用型式：①平直翅片又稱光滑翅片，是最基本的一種翅片。光滑翅片可由薄金屬片滾軋或沖壓而成。平直翅片是有帶光滑壁的很長的長方形翅片，特點是當(dāng)流體在形成的流道中流動、它的傳熱和流動特性與長的圓管中的傳熱和流動特性相似。這種翅片的主要作用是擴(kuò)大傳熱面，但對于促進(jìn)流體湍動的作用很少。相對于其他翅片，它的特點是換熱系數(shù)和阻力系數(shù)都比較小，所以宜用于要求較小的流體阻力而其自身傳熱性能又較好(如液側(cè)或發(fā)生相變)的場合。此外，翅片的強(qiáng)度要高于其他類型的翅片。故在高原板翅式換熱器中用得較多。②鋸齒翅片它可以被視為一個平翅片切成許多小塊,交錯,形成定期間歇類型的鰭。這種翅促進(jìn)流體湍流,破壞熱邊界層是非常有效的。在壓力損失在相同條件下,其平直翅片的傳熱系數(shù)高于30%以上,有“高效翅片,”的說法。鋸齒形翅片傳熱性能隨翅片切開長度而變化，切開長度越短，其傳熱性能越好，但壓力降增加。在傳熱量相同的條件下，其壓力損失比相應(yīng)的平直翅片小。該種翅片普遍用于需要強(qiáng)化傳熱(尤其是氣側(cè))的場合。③多孔翅片它是在平直翅片上沖出許多圓孔或方孔而成的。多孔翅片開孔率一段在5％～10％之間，孔徑與孔距無一定關(guān)系?？椎呐帕杏虚L方形、平行四邊形和正三角形二種，我國目前采用的多孔翅片，孔徑為Φ2．15、Φ91．7，孔距為6．5mm、3．25mm正三角形排列。翅片上的孔使傳熱邊界層不斷破裂、更新，提高了傳熱效果。但它在高雷諾效的范圍會出現(xiàn)振動及在雷諾數(shù)比較大的范圍內(nèi)具有比平直翅片高的換熱泵效，翅片上開孔能使流體在翅片中分布更加均勻，這對于流體中雜質(zhì)顆粒的沖刷排除是有利的。多孔翅片主要用于導(dǎo)流片及流體中夾雜顆?；蛳嘧儞Q熱的場合。④波紋翅片波紋翅片是在平直翅片上壓成一定的波形，它使得流體在流道中一直改變流動方向，以便促進(jìn)流體的湍動、分離。其效果相當(dāng)于翅片的折斷，波紋愈密，波幅愈大，其傳熱性能。就愈好。我國常用的組片有平直、多孔和鋸齒形翅片三種，并用漢語拼音符號和數(shù)字統(tǒng)一表示翅片的型式與幾何參數(shù)。如70PZ2103，則表示PZ——平直翅片，70——6.5mm翅高，21——2.1mm節(jié)距，03——0.3mm翅厚。如是多孔形，則為DK，鋸齒形則為JC，幾何參數(shù)表示法相同。（3）導(dǎo)流片和封頭為了便于把流體均勻地引導(dǎo)到翅片的各流道中或匯集到封頭中，一般在翅片的兩端均設(shè)有導(dǎo)流片。導(dǎo)流片起保護(hù)較薄的翅片的作用。使較薄的翅片在制造時不受損壞，避免了通道被堵塞的作用。它的翅距、翅厚和小孔直徑比多孔翅片大。結(jié)構(gòu)與多孔翅片相同。封頭的作用就是使板束與工藝管道連接起來集聚流體。導(dǎo)流片與封頭的示意圖如圖2-6。根據(jù)以上幾種結(jié)構(gòu)型式的板翅熱交換器，導(dǎo)流片如圖2-7所示。圖中I型主要是由于在熱交換器的端部有兩個以上的封頭，因此要用導(dǎo)流片把流體引導(dǎo)到端部一側(cè)的封頭內(nèi)。Ⅱ型布置是由于在熱交換器端部有三個以上的封頭，需要把一股流體引導(dǎo)到中間封頭內(nèi)。Ⅲ型布置主要是用于熱交換器端部敞開或僅有一個封頭情況下。Ⅳ型是為了滿足把封頭布置于兩側(cè)而設(shè)計的。V型布置是為滿足管路布置需要而采用的。應(yīng)注意到設(shè)置導(dǎo)流片并不一定能完全克服流體在流道內(nèi)分配不均勻的問題，因為分配是否均勻還與流體的狀態(tài)有關(guān)。第三章中冷器的設(shè)計計算3.1中冷器結(jié)構(gòu)參數(shù)及使用狀況根據(jù)發(fā)動機(jī)要求，初選中冷能結(jié)構(gòu)及使用工況如表1表1中冷器結(jié)構(gòu)型式及使用工況中冷器結(jié)構(gòu)形式管帶式芯子尺寸：寬×高×厚(mm)610×840×65管數(shù)43冷卻管寬×高×厚(mm)6×62×0.7散熱帶44進(jìn)出氣室口內(nèi)徑90兩氣室口距離（mm)630散熱帶及內(nèi)置流片波距×波高×寬×厚(mm)4.5×8×65×0.13熱風(fēng)進(jìn)溫度（℃）150熱風(fēng)出溫度（℃）50熱空氣流量（L/S）375冷風(fēng)進(jìn)溫度（℃）25迎風(fēng)面積（m/s）153.2中冷器參數(shù)計算3.2.1中冷胎冷側(cè)散熱面積F計算：S1=Su×i1=4.912m2S2=Si2×i2=18.066m2所以F=S1+S2=22.978式中:Su為單根冷卻管的散熱面積，m2（表1求出，下同）；il為冷卻管根致;SI為冷卻管散熱面積，m2;S2為散熱帶的散熱面積，m2;S2為單根散熱帶的散熱面積。m2;i2為散熱帶根數(shù)。3.2.2發(fā)動機(jī)要求的熱側(cè)空氣流G1=26.4kg/min=0.44kg/s體積流量：V=0.375m3/sSg=Sg1×i1=4.71m2同理SW=2135.5mm2S3=Sg.SW=4.69m2式中:Sg為冷卻管的通道面積，m2;Sgi為單根冷卻管內(nèi)腔的截面積，m2;SW為紊流片料厚所占的面積，m2;S3為中冷器熱側(cè)通道有效面積，m2。而V1=V/S3=0.375/4.69=0.08m/s可見此流速在最佳流速范圍內(nèi)。3.2.3中冷器的迎風(fēng)面積Sf=d×h1=0.610×0.840=0.5124m2中冷器冷側(cè)通過面積Sc=h2×h1×S1=(8×840×0.13×16.92×840/4.5)×44×10-6=0.2713m2所以，冷風(fēng)通過率kc=Sc/Sf=52.9％.第四章柴油機(jī)中冷器的CFD模擬優(yōu)化增壓中冷系統(tǒng)對柴油機(jī)的動力性、經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保具有重要的貢獻(xiàn)。因此在車用柴油機(jī)上得到了普遍應(yīng)用。因為我們國家在汽車柴油機(jī)增壓中冷技術(shù)的發(fā)展起步較晚,知道設(shè)備的設(shè)計還沒有形成一套完整的理論,冷的性能評價方法還沒有形成一個統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。因此,在寒冷的在產(chǎn)品開發(fā)過程中,常常需要進(jìn)行大量的匹配實驗整個機(jī)器,導(dǎo)致開發(fā)周期和成本的增加,不能滿足增壓中冷應(yīng)用程序的需求。現(xiàn)在國際流行的設(shè)計,研究方法主要是利用計算機(jī)模擬,設(shè)計首先,然后實驗驗證。這樣既可以大大的縮短產(chǎn)品開發(fā)、設(shè)計周期，又可以降低開發(fā)成本。本論文增壓柴油機(jī)的中冷器的設(shè)計研究采用通用的商用CFD(ComputationalFluidDynamics,即計算流體動力學(xué),簡稱CFD)軟件Fluent,進(jìn)行虛擬設(shè)計開發(fā)研究。4.1CFD技術(shù)在管翅式換熱器設(shè)計開發(fā)的優(yōu)越性車用中冷器由于各種條件的約束，主要有管翅式和板翅式兩種類型。相對而言，管換熱器中冷應(yīng)用越來越廣泛。翅片管換熱器是一種高效緊湊式換熱器,與加工技術(shù)的發(fā)展,擴(kuò)大了其應(yīng)用的范圍,是廣泛應(yīng)用于空氣分離、石油化工、天然氣液化、合成氨工業(yè)、船舶、車輛等,其突出優(yōu)點是結(jié)構(gòu)緊湊,容易流安排,小溫差、大熱的溫度下降。和傳統(tǒng)的管式換熱器設(shè)計通常只依靠簡單的理論,長期積累的經(jīng)驗和實驗分析確定換熱器的結(jié)構(gòu),但它需要大量的實驗基金和長周期,和由此產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)形式并不能保證最好的解決方案,因此需要探索更有效和方便的設(shè)計研究方法。我們可以看到傳統(tǒng)設(shè)計流程圖的設(shè)計過程在傳統(tǒng)管式熱交換器,冷的影響設(shè)計的可行與否往往取決于實驗驗證。為了確保冷機(jī)性能穩(wěn)定,大量的試驗。和篩選和優(yōu)化產(chǎn)品的設(shè)計、制造和測試部門進(jìn)行系統(tǒng)性循環(huán),由于涉及的鏈接,產(chǎn)品開發(fā)周期長,成本高。而對于工程設(shè)計而言,往往又需要進(jìn)行對方案選擇、優(yōu)化。4.2管翅式中冷器的CFD設(shè)計利用Fluent模擬計算中冷器能涉及到中冷器的流動和傳熱。涉及計算的一般步驟是：幾何建模、劃分網(wǎng)格、邊界設(shè)定、物理模型選擇、計算和后處理。4.2.1中冷器的建模利用Pro軟件該中冷器進(jìn)行建模工作。先將模型將建,然后導(dǎo)入策略,策略是前處理軟件CFD商業(yè)軟件Fluent,主要作用是建立一個網(wǎng)格模型。它的功能非常強(qiáng)大,可以建立各種各樣的幾何、邊界條件、網(wǎng)格幾何和設(shè)置,最后將生成計算網(wǎng)格中的文件導(dǎo)入流利。我們對換熱器中冷器的結(jié)構(gòu)不構(gòu)成重大影響的前提下適當(dāng)?shù)暮喕⒑侠淼臄?shù)學(xué)模型，中冷器建模后分為三部分，進(jìn)氣道、出氣道、芯體；其中芯體部分做如下簡化：只做出增壓空氣通道，而冷卻介質(zhì)通道挖空，冷氣熱氣之間做對流換熱；將進(jìn)氣道、芯體、出氣道連為整體。這有助于計算量的減少和計算精度的保證。導(dǎo)入Gambit中的模型如圖5-1。中冷器模型（三視圖）中冷器模型（主視圖）圖5-1Gambit建模圖4.2.2網(wǎng)格劃分完成后的CFD軟件的建模工作是建立在有限元分析的基礎(chǔ)。因此對所建立的模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分。在Gambit中，對劃分網(wǎng)格的規(guī)定是：對于二維模型可劃分三角形、四邊形單元，而四邊形單元的計算精度高；對于三維模型可劃分為四面體、五面體和六面體單元，相對而言六面體單元的計算精度高。本次設(shè)計計算使用三維六面體網(wǎng)格單元模型。熱壓縮空氣直接把空氣冷卻器進(jìn)出口邊界。網(wǎng)格劃分的設(shè)置如圖5-2所示。網(wǎng)格單元取size=5，網(wǎng)格劃分后，總共有1780881個六面體單元，對模型進(jìn)行處理，改進(jìn)后的模型如圖5-3所示：圖5-2網(wǎng)格劃分設(shè)置圖5-3網(wǎng)格劃分圖4.3結(jié)果分析從上面的中冷器內(nèi)部靜態(tài)壓力、速度和溫度的云圖分布，我們可以看出：1、通過靜態(tài)壓力云圖：中冷器的壓力呈層狀分布，進(jìn)氣道壓力由上到下逐漸增大，但壓力變化的不大，而出氣側(cè)正好相反。這說明高壓的熱空氣進(jìn)入中冷器后，每層在通過換熱芯子時，熱空氣的壓力有所降低。這是由于熱交換器芯整體流通截面積應(yīng)大于流進(jìn)氣和排氣側(cè)橫截面積和路徑的壓縮空氣在流動的過程中較低的壓力造成的。(2)由于進(jìn)氣道由上到下逐漸縮小，使中冷器下端壓力偏高，使該處的應(yīng)力偏高，設(shè)計時應(yīng)該重視。(3)該模型中，拐角處為直角，在實際應(yīng)用中應(yīng)避