1、論述工程熱力學與傳熱學在車輛工程中的應用及發(fā)展趨勢摘要隨著熱力學與汽車工業(yè)的蓬勃發(fā)展，人們對汽車中的熱能應用要求越來越高，熱力學在汽車工藝中的作用越來越重要。本文主要從論述了目前熱力學在汽車發(fā)動機的熱力回收、冷卻系統(tǒng)中的熱力應用、散熱器改進及制冷器中的改進這幾個方面應用和未來的發(fā)展趨勢。結果我們發(fā)現(xiàn)，熱力學對于汽車節(jié)能，提高效率有著重要的意義。為此，熱力學將會成為汽車工業(yè)發(fā)展不可或缺的一部分。關鍵字：熱力學 汽車工業(yè) 發(fā)展趨勢 應用 節(jié)能AbstractWith the rapid development of thermodynamics and the automotive industr

2、y, people in cars have become increasingly demanding the application of heat, thermodynamics role in automotive technology is becoming increasingly important. Mainly discusses the thermodynamic applications and future trends in the automotive engine heat recovery, thermal cooling system applications

3、, improved radiator and cooler in the present article to improve these aspects. The results we found that the thermodynamic energy saving for the car, to improve the efficiency of great significance. For this reason, the development of thermodynamics will become an integral part of the automotive in

4、dustry.Key word: Thermodynamics Auto industry Development Trend Application Energy Saving引言熱能的傳遞與應用一直是汽車工業(yè)中的一個非常重要的話題。隨著汽車工業(yè)與熱力學的蓬勃發(fā)展，以及人們對友好環(huán)境型汽車的期望，如今汽車工藝中熱能的應用程度尚不能滿足人們的要求。為了能夠更加充分，有效地利用好汽車中的熱能，現(xiàn)在不少汽車企業(yè)越來越將熱力應用當成汽車發(fā)展中的重要環(huán)節(jié)。由此可見，熱力學將會在汽車工業(yè)中扮演越來越重要的角色，二者的結合與應用將會成為車輛工程未來的一大發(fā)展趨勢。1.發(fā)動機排氣熱能回收裝置內燃機將燃料內能

5、轉變?yōu)槠囉杏脵C械能的過程, 實際上是將燃料化學能通過燃燒轉化成熱能, 熱能再通過曲柄連桿機構轉化成機械能。在能量的轉化過程中, 大量的能量被浪費掉。其中, 燃燒后產物排氣也帶走了 30%35%的熱量和動能 ,可見對排氣能量進行回收具有非常重要的意義。在汽車正常行駛時, 發(fā)動機排氣熱能回收裝置能很好的向車廂供暖; 而在怠速的時候由于排氣溫度和流量較低, 這時水吸收熱量少, 考慮到怠速工況一般時間較短, 所以不會對供暖影響很大; 加速和減速工況是過渡階段, 由于持續(xù)時間短, 對供暖影響也不大。但是要注意, 在加速過程中, 避免出口溫度過高, 以免汽化嚴重而影響供暖。熱能回收裝置能較好的回收排氣熱

6、能, 有很好的應用前景。發(fā)動機排氣能量回收對于汽車節(jié)能有非常重要的意義, 而且已經得到相關專業(yè)人士的廣泛關注, 但仍有大量工作需要深入開展。12.熱力學在發(fā)動機冷卻系統(tǒng)的應用流固耦合傳熱數(shù)值方法可以有效解決發(fā)動機穩(wěn)態(tài)工況下冷卻水與固體零件之間的耦合流動與傳熱問題, 與發(fā)動機溫度場測量結果誤差較小。流固耦合傳熱數(shù)值仿真將原來單獨計算單個零部件溫度場時的外邊界條件變成內邊界條件, 流固耦合界面的流動與傳熱由軟件自動施加邊界條件并進行計算。這種處理方法既簡化了邊界條件, 又使得仿真更符合發(fā)動機的實際工作狀態(tài), 從而提高了仿真的合理性和精度。用數(shù)值仿真方法可以得到比試驗測量更豐富的信息。雖然在流固耦合

7、模型應用于數(shù)值仿真的初始階段需要試驗的驗證, 但是數(shù)值仿真依靠其數(shù)據豐富、不受環(huán)境條件限制、 周期短、 成本低的優(yōu)勢, 必將成為發(fā)動機流動與傳熱研究的發(fā)展趨勢。23.熱力學在汽車散熱器中的應用汽車散熱器是汽車冷卻系統(tǒng)中不可缺少的一個組成部分，其性能好壞對發(fā)動機的動力性、經濟性和可靠性有很大的影響。帶有百葉窗的散熱器具有切斷散熱帶上氣體邊界層的發(fā)展、減薄邊界層厚度、提高散熱器性能的作用。對其內部的流動結構、傳熱與阻力特性進行了系統(tǒng)的研究。目前國內散熱器產品中，開百葉窗的散熱帶及管帶式散熱器產品所占比重明顯上升，產品結構向緊湊、高效、低耗、輕量化方向發(fā)展。但國內一些汽車散熱器生產廠家在散熱器設計和

8、應用過程中，對其傳熱與流動性能的計算方面的工作還比較欠缺，主要是通過實驗加以解決。2JC 型汽車散熱器是一種鋁塑制帶百葉窗管帶式汽車散熱器，因其主要應用在軍車上，軍工產品的特殊性及嚴格性，為了進一步提高產品的散熱性能及產品的質量，提出在盡量不改變散熱器生產的刀具、模具，保持原有裝配結構尺寸的基礎上，使該散熱器的散熱能力提高 20。為此，我們對帶百葉窗的管帶式散熱器內的傳熱與流動阻力特性進行了研究，編制了汽車散熱器的傳熱與流動阻力計算程序，并由此分析了散熱器結構參數(shù)與材質對散熱性能的影響，提出了提高 2JC 型汽車散熱器散熱能力的方案，為實現(xiàn)散熱器結構設計計算機程序化、提高設計的準確性和最優(yōu)性奠

9、定了基礎，也為實施汽車散熱器散熱性能改善措施提供了有效的理論依據。34.熱力學在制冷器中的應用4現(xiàn)有汽車空調制冷系統(tǒng)一般采用單級蒸氣壓縮式制冷循環(huán),，汽車空調采暖系統(tǒng)一般采用水暖式, 它是以發(fā)動機的冷卻水為熱源, 通過裝置中的熱交換器, 把送風機送來的車外或車內空氣與發(fā)動機冷卻水進行熱交換, 空氣加熱后送入車室內, 汽車發(fā)動機的冷卻水系統(tǒng)由發(fā)動機、 節(jié)溫器、 散熱器和水泵組成。吸收器出來的稀溶液由溶液泵升壓后, 經溶液熱交換器升溫后進入發(fā)生器, 在發(fā)生器中稀溶液被熱源加熱溫度升高直至沸騰, 產生冷劑蒸汽后變?yōu)闈馊芤? 而冷劑蒸汽進入冷凝器, 在冷凝器內被冷卻成冷劑水, 經節(jié)流后進入蒸發(fā)器。由低

10、壓發(fā)生器出來的濃溶液經溶液熱交換器放熱溫度降低后進入吸收器, 與吸收器中的稀溶液相混合, 吸收來自蒸發(fā)器的低壓冷劑蒸汽, 使蒸發(fā)器中的低壓得以維持, 從而達到連續(xù)制冷的目的。溴化鋰吸收式制冷原理：溴化鋰稀溶液從稀溶液管進入發(fā)生器, 被來自熱源輸入管的熱源加熱, 溴化鋰稀溶液中部分水變成冷劑蒸汽, 冷劑蒸汽從輸出管流出高壓發(fā)生器, 溴化鋰溶液變成濃溶液, 濃溶液從溶液管流出發(fā)生器, 熱源輸入管輸入的熱源加熱的溴化鋰溶液, 從熱源回流管流出發(fā)生器。由于發(fā)動機排氣溫度高, 其熱量占燃料所放能量的 40%左右, 故可采用發(fā)動機排氣作為發(fā)生器的熱源。在廢氣出口處安裝一個加熱器, 即發(fā)生器, 加熱進入的稀

11、溶液。發(fā)動機正常運轉時循環(huán)冷卻水的出口溫度在90 e 以上, 所帶走的熱量約占燃料發(fā)熱量的 25% 以上, 因此也可利用發(fā)動機的冷卻水作為發(fā)生器的熱源。將發(fā)動機的散熱水箱稍加改造, 利用發(fā)動機冷卻水的余熱, 加熱進入發(fā)生器的稀溶液。213 改進的利用余熱的溴化鋰吸收式制冷系統(tǒng)發(fā)動機排氣廢氣傳熱特性低, 發(fā)動機的冷卻水水溫度低, 如果單利用廢氣余熱或冷卻水的余熱, 很難保證溴化鋰制冷系統(tǒng)所需的熱量, 尤其是發(fā)動機低速運轉時。因此考慮將發(fā)動機的冷卻系統(tǒng)稍做改造, 同時利用發(fā)動機的冷卻水和廢氣的余熱。同時利用汽車冷卻水和排氣余熱的雙效溴化鋰吸收式制冷系統(tǒng)，即可達到冬天供熱和夏天制冷以及既不供熱又不制

12、冷的要求。在該系統(tǒng)中, 蒸發(fā)器既用于制冷又用于加熱, 省去了現(xiàn)有汽車空調采暖系統(tǒng)中的暖風用熱交換器?？紤]到汽車本身的結構特點, 用吸收器和空冷器代替?zhèn)鹘y(tǒng)汽車發(fā)動機的散熱器和其空調系統(tǒng)中的冷凝器是可行的, 同時只將冷卻水箱結構稍加改造即可用于該系統(tǒng); 而在汽車廢氣出口處安裝一個加熱器也是很簡單的事, 只是增加了一個溶液熱交換器。綜合考慮, 汽車空調系統(tǒng)的結構比較簡單、 緊湊, 同時也保證了發(fā)動機的冷卻。同時利用發(fā)動機的冷卻水和廢氣余熱的溴化鋰吸收式制冷系統(tǒng)用于汽車空調是可行的, 該系統(tǒng)換熱面積小, 并完全滿足汽車空調負荷要求。該系統(tǒng)同時利用了發(fā)動機的排氣余熱和冷卻水余熱, 由于沒有用單獨的發(fā)動機作為制冷動力,也不會消耗發(fā)動機的有效功率, 節(jié)能效果明顯。由于利用了排氣余熱, 降低了汽車發(fā)動機的排氣溫度, 減少了熱污染, 也減少了 NOx、 CO 2 的排放。負荷調節(jié)范圍大, 可以在 30% 100%的范圍任意調節(jié)。且由于沒有運動部件, 運轉平衡, 振動噪聲都很小。4結論目前熱力學在汽車發(fā)動機的熱力回收、冷卻系統(tǒng)中的熱力應用、散熱器改進及制冷器中的改進這幾個方面的應用重要意義。熱力學的有效應用提高汽車的熱效率，為我創(chuàng)造節(jié)能環(huán)保汽車提供了有力的支持。為此，熱力學將會成為汽車工業(yè)發(fā)展不可或缺的一部分。參考文獻1 秦洪武，趙闖，謝文磊，等. 發(fā)動機排氣熱能回收裝