废气再循环冷却器的性能仿真及结构改进研究
基于发动机废气再循环冷却控制系统的研究汇总
基于发动机废气再循环冷却控制系统的研究1.引言1.1汽车业发展现状及汽车的有害排放随着汽车业的迅猛发展，我国从2009年开始连续两年超过美国，成为全球第一大汽车产销国，据统计，全国机动车保有量达到2.19亿辆。
其中，摩托车占54.12%，约为1.19亿辆。
汽车保有量占机动车总量的45.88%，刚刚超过1亿辆。
然而，在这个庞大的数据后面，汽车给我们带来的负面影响也是非常震惊的，尤其是汽车排放出大量尾气，这些排放物流动性大，数量多，集中在居民稠密区，而且是低空排放，对人体的危害非常大。
由此造成的环境污染也日益严重，汽车排放污染物己经成为城市大气污染的主要来源。
有资料表明，国内一些大城市的汽车排放污染物对多项大气污染的指标贡献率己经超过60%，直接危害城市居民的身体健康。
控制机动车有害物的排放问题已刻不容缓。
在汽车排气中主要有害物质包括:一氧化碳(CO)、未燃碳氢化合物(HC)、醛类化合物、氮氧化物(Nox)及微粒物(PM)等多种有害成分。
空气中CO的含量超过0.1%，就会导致人体中毒;微粒吸入人的肺叶会造成肺组织的摩擦损伤，微粒碳核上吸收的其它有毒物质也会对人体造成伤害。
氮氧化物包括No、No2、、N2o3、N2o5等，总称NOx。
Nox可刺激肺部，使人较难抵抗感冒之类的呼吸系统疾病。
研究指出长期吸入氮氧化物可能会导致肺部构造改变。
而且，以一氧化氮和二氧化氮为主的氮氧化物是形成光化学烟雾和酸雨的一个重要原因，光化学烟雾具有特殊气味，刺激眼睛，伤害植物，并能使大气能见度降低,另外,氮氧化物与空气中的水反应生成的硝酸和亚硝酸是酸雨的成分，大气中的氮氧化物主要源于石油燃料的燃烧和植物体的焚烧，以及农田土壤和动物排泄物中含氮化合物的转化。
为了有效地控制汽车尾气的排放，减少汽车尾气排放所造成的危害，世界许多国家和地区都先后制定了限制汽车废气排放的限量值，从60年代开始，美国、日本、西欧等工业化国家对汽车排气的有害排放物以法令的形式规定了排放标准，并逐渐形成三个排放法规体系，从而直接促进了对低污染车用发动机和排气净化措施的研究。
发动机废气再循环冷却器性能计算仿真
发动机废气再循环冷却器性能计算仿真胡永明;陈启安;许维武;董军启;郭对田【摘要】发动机废气再循环是有效降低Nox的重要方法,废气再循环冷却器的设计开发显得尤其重要.本文,结合现有EGR冷却器结构参数,利用DOE的设计方法,通过对三种不同结构形式的EGR冷却器进行传热和阻力性能测试.同时通过多元回归分析,建立EGR冷却器热侧传热和流动实验关联式,并进一步利用Visual Baisc开发工具,建立EGR冷却器性能计算仿真平台.该仿真平台的开发,有效的提高了EGR冷却器设计计算精度和产品开发速度.【期刊名称】《柴油机设计与制造》【年(卷),期】2012(018)001【总页数】4页(P26-29)【关键词】EGR冷却器;传热性能;回归分析;仿真平台【作者】胡永明;陈启安;许维武;董军启;郭对田【作者单位】浙江银轮股份有限公司研究院,浙江天台317200;浙江银轮股份有限公司研究院,浙江天台317200;浙江银轮股份有限公司研究院,浙江天台317200;浙江银轮股份有限公司研究院,浙江天台317200;浙江银轮股份有限公司研究院,浙江天台317200【正文语种】中文近年来，随着排放法规也越来越严格，对发动机排放要求越来越高，而发动机废气再循环（EGR）技术是一种有效降低NOx的重要机内净化技术[1,2]。
冷却EGR系统以其更优的排放水平已经成为了满足排放标准的必要机内净化措施，并已成为国内外汽车发动机满足排放法规的重要装备。
在发动机燃烧过程中，高温富氧是NOx生产的重要外部条件，实践证明利用发动机废气再循环冷却技术，在降低氧气比例的同时，降低了发动机燃烧温度，能有效减少NOx的生成。
在此过程中，废气再循环冷却器成为一个关键的设备。
随着越来越高排放法规的逐步实施，这些EGR技术提出了更高的要求，对EGR冷却器的设计也提出了更加高效紧凑的设计要求。
因此开展对EGR冷却器传热和阻力性能的研究，成为EGR冷却器产品优化设计的重要基础。
关于废气再循环(EGR)冷却器设计研究
作者：高金铃杨巍
来源：《山东工业技术》2019年第11期
摘要：废气再循环冷却器的应用设计能够有效降低汽车尾气排放中氮氧化合物的含量，从而减少汽车行驶对空气的污染。本文在阐述废气再循环冷却器设计原理的基础上，针对废气再循环冷却器的性能要求和基本选型等设计问题进行探究。
2 EGR率对发动机动力性、经济性影响
通过应用EGR能够有效降低汽油发动机的氮氧化合物排放，但是在EGR率过大的情况下会出现燃烧恶化的现象，增大了燃油消耗率，在负荷不稳定的情况下会加剧EGR燃烧的不稳定，增加HC的排放。EGR率对氮氧化合物排放浓度和燃油消耗率的影响具体如图2、图3所示，在图1中，空气燃烧被作为一种参变量，由此可见，在EGR率增大的情况下能够促进氮氧化合物的排放。为了能够有效提升氮氧化合物的净化率和排放率需要采取有效措施增加燃油的消耗率。
1废气再循环（EGR）冷却器的设计原理
废弃再循环主要是指在确保内燃机动力性能不变的基础上，根据内燃气的温度和负荷大小将发动机排除的部分废气重新送回到进气管中，将废气和新空气混合重新进入气缸中燃烧，从而降低废气和污染物的排放。循环废气的量一般用EGR率进行表示进入废气管废气质量和进入气缸总气体质量的比值。废气再循环冷却器对氮氧化合物生成以及燃烧过程的影响具体表现在以下几个方面：第一，稀释效应，部分再循环废气会替代新鲜空气，使得新鲜空气的氧气浓度降低，汽车行驶燃烧焰前化学反应和燃烧速度会在一定程度上降低，从而延长燃烧时间。同时在EGR的作用下氮气和氧气的接触机会也会减少，在无形中减少了氮氧化合物的生成量。第二，热效应，再循环废气中的二氧化碳和水是三原子分子，具有较高的比热容，在流动过程中会比空气吸收更多的热量，工质总热容量的增加会使得同等数量燃烧放热的工质温度变化减少，从而减少冷却器应用过程中可能出现的压升率过高问题。第三，化学效应，在较高的温度作用下，废气中的一氧化碳、水蒸气会发生裂解，伴随裂解出现的是热量的吸收，由此降低缸内的峰值温度。
发动机废气再循环冷却器性能计算仿真
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２ １ 年第 １ 第 １ 卷（ ０２ 期 ８ 总第 １８ ３ 期）
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Ｇ Ｒ冷却器的设计也提出了更加高效紧凑的设计要 求 。因此开展对 Ｅ Ｒ冷却器传热和阻力性能 的研 Ｇ
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发动机EGR热交换器性能分析及改进设计
究较少。
2.思路和方法
EGR热交换器传热与流动特性分析 冷却水通道有限元分析 废气通道有限元分析 不合理 改 变 结 构 参 数
结构合理性验证
合理
EGR热交换器结构特性静态分析 改 变 结 构 参 数
热应力分析
压力应力分析 不合理
结构合理性验证 合理 确定最终结构
传热与 流动特性
改进后 改进结构 传热与 传热特性 流动特性
FLUENT
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结构特性
FLUENT
ANSYS
3.1 传GR热交换器 芯体（管板和翅片） 翅片
1. 冷却水通道模型
2. 废气通道模型
3.1 传热与流动特性分析
传热与流动问题计算过程： 1.建立控制方程 2.确定边界条件与初始条件（重点） 3.划分计算网格（难点） 4.建立离散方程 5.离散初始条件和边界条件 6.求解离散方程 7.判断解的收敛性 第一通道：z=2.2mm 第二通道：z=9.8mm 第三通道：z=17.4mm 第四通道：z=25.0mm 第五通道：z=32.6mm 第六通道：z=40.2mm 第七通道：z=47.8mm 七个子通道截面
温度场及流场分布
（1）靠近翅片表面，温度梯度较大，气 体冷却效果较好。这符合对流传热主要 发生在翅片表面处的规律。
X
废气通道X向截面
（2）温度边界层是进行对流传热的主要 区域。波纹形翅片利用了边界层起始段 效应（边界层薄，热阻较小，换热系数 较大），使传热得到了强化。
X=2mm
X=35mm
X=79mm
3.3 结构特性分析
管板温度场分布
温度载荷下应力分布
3.3 结构特性分析
2.组合应力分析
汽车发动机EGR废气冷却温度的稳定研究及改进设计
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汽车工业研究 ・ 月刊
２ ０１ ７ 年第５ 期
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《废气再循环控制系统设计与研究》范文
《废气再循环控制系统设计与研究》篇一一、引言随着汽车工业的快速发展，发动机的废气排放问题逐渐引起了人们的广泛关注。
为了降低汽车尾气对环境的污染，废气再循环控制系统（EGR系统）被广泛应用于现代柴油发动机中。
本文将详细介绍废气再循环控制系统的设计与研究，包括其工作原理、系统构成、设计方法以及优化策略等。
二、废气再循环控制系统概述废气再循环控制系统是一种用于降低发动机排放的装置，它通过将部分废气引入发动机的进气系统中，以降低燃烧温度和氮氧化物（NOx）的生成。
该系统主要由废气再循环阀、废气冷却器、进气歧管等组成。
废气再循环控制系统的设计目标是确保发动机在各种工况下均能实现有效的废气再循环，从而达到降低排放的目的。
三、废气再循环控制系统的工作原理废气再循环控制系统的工作原理主要涉及以下几个方面：1. 废气再循环阀：根据发动机的工况和排气温度，控制废气的引入量。
当发动机负荷较低时，废气再循环阀打开，将部分废气引入进气系统；当发动机负荷较高时，阀门关闭，减少废气引入量。
2. 废气冷却器：对引入的废气进行冷却，降低其温度，以利于更好地与新鲜空气混合。
3. 进气歧管：将经过处理的废气与新鲜空气混合后，送入发动机燃烧室。
四、废气再循环控制系统的设计方法废气再循环控制系统的设计主要涉及以下几个方面：1. 系统构成设计：根据发动机的型号和规格，确定系统的构成和布局。
包括选择合适的废气再循环阀、废气冷却器等部件。
2. 控制策略设计：根据发动机的工况和排放要求，制定合适的控制策略。
包括确定废气再循环阀的开度、冷却器的冷却效果等。
3. 传感器与执行器选择：选择合适的传感器和执行器，以实现对系统状态的实时监测和控制。
4. 系统仿真与优化：通过建立系统仿真模型，对设计方案进行验证和优化，以确保系统在各种工况下均能实现有效的废气再循环。
五、废气再循环控制系统的优化策略为了进一步提高废气再循环控制系统的性能，可以采取以下优化策略：1. 智能控制策略：通过引入智能控制算法，实现对系统状态的精确控制。
发动机废气再循环冷却器结构的改进研究
第25卷第6期2004年11月 江苏大学学报(自然科学版)Journal of Jiangsu Universit y(Natural Science Edition) Vol.25No.6Nov.2004发动机废气再循环冷却器结构的改进研究高永平,王 谦,罗新浩(江苏大学能源与动力工程学院,江苏镇江212013)摘要:发动机废气再循环(E GR)技术能有效降低NO x有害排放,而EGR冷却器的采用将明显增强这一效果.优化冷却器的结构设计是提高冷却器效率的有效手段.通过对结构尺寸和散热面积基本相同的光管冷却器和翅片管冷却器的冷却效率进行对比试验研究,指出了原翅片管冷却器的不合理结构参数设计,并运用流体力学原理,分析了冷却器内部废气流动的状态,就翅片管冷却器进气口的长度、进气口截面形状、翅片的间隔距离等方面提出了结构的改进设计方案,试验结果表明,改进后的翅片管冷却器的冷却效率明显提高.关键词:内燃机;废气再循环;冷却器中图分类号:TK421+.2 文献标识码:A 文章编号:1671-7775(2004)06-0492-04 Investigation of exhaust gas recirculation coolers of DI diesel engineG A O Yong-ping,W A NG Qian,LU O Xin-hao(School of Power and Resources Engineering,Jiangsu Univers ity,Zhenjiang,J iangsu212013,China)A bstract:Exhaust gas recirc ulation(E GR)technique can reduce NO x emissions of DI diesel engines substan-tially.The potential reductions are especially significant in the case of cooled E GR and the efficienc y of the EGR coolers is one of the most significant factors.Two E GR coolers were tested in order to determine their rel-ative efficiencies.Based on test data,the improper construction designs are pointed out.B y using the theor y of fluid mechanics,the c oolant flow c haracteristics are analyzed.The impr oved design of the flex-fin c ooler is pr oposed by optimizing the length of intake port,the section pr ofile of intake port and the distance between flex-fins.Based on analysis of test results,the modified design is pr oved to be of high efficienc y.Key words:internal c ombustion engine;exhaust gas reciculation;cooler 随着国内外对发动机排放指标的限制越来越严格,人们不断致力于降低柴油机有害物排放,尤其是NO x(氮氧化物)和PM(颗粒)排放.废气再循环(E GR)技术对降低柴油机的NO x排放有显著效果,是目前普遍采用的技术.其原理是将发动机排出的定量废气回送到混流器与新鲜空气混合后进入气缸,由于废气再循环使得燃烧温度降低,氧的相对浓度降低,NO x有害排放得以减少.冷却器是废气再循环装置中的重要元件,它通过降低废气温度,使废气再循环更有效.因此,必须尽可能提高废气再循环冷却器的冷却效率,这是冷却器结构设计的首要目标.作者通过对结构尺寸和散热面积基本相同的光管式和翅片管式冷却器的试验研究和比较分析,提出翅片管式冷却器的结构改进设计方案.1 试验装置图1为试验用冷却器的结构图,两种冷却器的外形尺寸相同,均由19根直径相同的冷却管组成,管外径为12mm,光管内径为10mm,翅片管内翅片高度为1mm,内径8mm.两种冷却器的散热面积相收稿日期:2004-06-01基金项目:江苏省基础研究计划基金资助项目(BK2001412)作者简介:高永平(1968-),男,江苏溧阳人,讲师,主要从事动力机械工作过程研究.同,均为0.14m 2,光管冷却器气流通路面积为1491.5mm 2,翅片管冷却器的气流通路面积为955mm 2.试验时,两种冷却器所用冷却剂流量保持相同,两种冷却器的冷却管均为新管.图1 两种冷却器基本尺寸参数Fig .1 Basic dimension of t wo different type coolers 图2是测试废气再循环冷却器冷却效率的装置.试验发动机为一台5.9L 的6缸直喷式增压柴油机,为了满足测量要求,增加了废气再循环系统,对发动机进行了改装.为了满足不同的测试边界条件,还安装了压力调节阀、温度控制器等.冷却器分别为光管式和翅片管式两种,冷却剂为水.图2 废气再循环冷却器效率测试系统Fig .2 System of efficiency testing for E GR coolers 图中,阀1和阀2用来调节废气进入冷却器的流量和压力,并控制E GR 率;阀3用来调节冷却剂进入冷却器的流量.测点1测量废气进入冷却器前的温度t 1;测点2测量废气流出冷却器后的温度t 2;测点3测量冷却剂进入冷却器前的温度t 3;测点4测量冷却剂流出冷却器后的温度t 4.在不同的废气压力和温度下试验测量了冷却剂的进口温度t 3.EGR 冷却器的冷却效率定义为η=(t 1-t 2)/(t 1-t 3)(1) 所有测量都是在稳态条件下进行的.2 冷却效果比较表1为冷却剂进口设定温度为90℃时,废气冷却前后的压力p 1,p 2和温度t 1,t 2的实际测量结果,以及冷却剂在冷却前后的实际压力、温度的变化值.表1 废气冷却前后的压力、温度测量结果 Tab .1 Test results of EGR pressure and temperaturebefore and after cooling测试序号t 3/℃p 3/kPa t 1/℃p 1/kPa t 2/℃p 2/kPa t 4/℃p 4/kPa 19126042060016358095200292250485105018810309719039121041835017132095163492200500725187700971585902302961251581009218069028033023018720093210791350332315170285932508913104201260145126094220图3和图4分别给出了冷却剂进口温度为50℃和90℃时根据试验数据计算得到的两种废气再循环冷却器的冷却效率.图3 两种冷却器的冷却效率比较Fig .3 Comparison of t wo coolers efficiency图4 两种冷却器的冷却效率比较Fig .4 Comparison of t wo coolers efficiency493第6期 高永平等:发动机废气再循环冷却器结构的改进研究 由图3和图4可见:试验采用的翅片管式冷却器是在光管式冷却器基础上不改变几何尺寸,仅将光管改为翅片管,其冷却效果不如散热面积基本相同的光管式冷却器,这与一般规律不符,估计是该翅片管式冷却器的结构设计不合理,致使管内流动特性不利于散热,因此对翅片管式冷却器结构进行了改进设计.3 翅片管结构改进设计3.1 增加进气口的长度翅片管的流动阻力比光管要大,因此翅片管冷却器对于废气入口处的流动特性非常敏感,而原来的过渡锥形管的长度只有20mm (见图5),会导致废气集中在正对入口管的少数冷却翅片管内通过,造成压力上升,影响废气流动速度,影响废气与冷却翅片管的换热效率[1].图5 原翅片管冷却器进气口结构Fig .5 Intake port structure of original cooler因此对冷却器的过渡锥形管进行了改进(见图6),在冷却器总长度不变的情况下,将过渡锥形管长度增加到40mm ,而翅片式冷却管的长度减少20mm .这样废气能在加长的过渡管内充分扩散,流过靠外面的冷却管的废气量增多.尽管冷却管长度减少,冷却面积减少,但由于废气流动状态改善,冷却效率估计是会增加的.原进气口的设计对于光管式冷却器不存在上述问题,因为光管的废气流动阻力比翅片管小.图6 改进后翅片管冷却器进气口结构Fig .6 Intake port structure of the modified cooler3.2 改变进气口截面形状原翅片管进气口截面法兰与管口成直角,这将导致废气流向翅片管中央而远离翅片(见图7中箭头所示的废气流动方向),不能产生所希望的湍流.图7 原翅片管进气口截面形状Fig .7 Section figure of original intake port 改进后的管口过渡圆角(见图8)将气流导向翅片区域,气流与翅片、管壁碰撞产生较大的湍流,增强换热效率.图8 改进后翅片管进气口截面形状Fig .8 Section figure of modified intake port3.3 增大翅片的间隔距离原翅片管冷却器中的管内翅片间距过小也是影响其换热效果的重要原因[2,3].如图9所示,翅片间距过小,废气与翅片相互作用产生的湍流强度小,而且气流不容易到达管的外壁,影响换热效果.通过增大翅片的间距(如图10所示),翅片间废气湍流强度增大,与管外壁换热效果增强.图9 原翅片管小间距翅片与气流作用Fig .9 Effect between flow and s mall flex -fin space图10 翅片管间距增大后翅片与气流作用Fig .10 Effect between flow and augmented flex -fin space4 改进后翅片管冷却器的效果对改进后的翅片管冷却器进行了试验验证,测试条件与原来一致,结果表明改进后的设计明显增494 江苏大学学报(自然科学版) 第25卷强了冷却效果,各测试点的冷却效率高于光管式冷却器(见图11、12).图11 光管和改进型翅片管冷却器的冷却效率比较Fig .11 Comparison of original and modified cooler efficiency图12 光管和改进型翅片管冷却器的冷却效率比较Fig .12 Comparison of original and modified cooler efficiency5 结 论翅片管冷却器的冷却效率与其内部废气的流动状态有很大的关系,作者在试验的基础上,通过对翅片管冷却器具体结构的改进,包括进口过渡锥形管长度、废气进口截面形状、翅片间距等的改进,改变了废气在原翅片管内的不良流动情况,改善了冷却效果,对翅片管冷却器的结构优化设计具有一定的指导意义.参考文献(References )[1] 钱颂文,岑汉钊,江 楠.换热器管束流体力学与传热[M ].北京:中国石化出版社,2002.[2] 李 妩,陶文铨,等.整体式翅片管换热器传热和阻力性能的试验研究[J ].机械工程学报,1997,33(1):81-86.LI Wu ,TAO Wen -quan ,et al .Experimental study on heat transfer and pressure drop characteristics for fin and tube heat exchangers [J ].Journal of M echanic Engineering ,1997,33(1):81-86.(in Chinese )[3] 张 战,魏 琪,侯海炎.错列翅片换热器表面换热及阻力特性数值研究[J ].江苏大学学报(自然科学版),2002,23(2):40-42.ZHANG Zhan ,WEI Qi ,HOU Hai -yan .Numerical si -mu -lation study on flow and heat transfer characteristics of off -set -strip -fin compact exchanger [J ].Journal of Jiangsu U -niversity (Natu ral Science Edition ),2002,23(2):40-42.(in Chinese )(责任编辑 汪再非)摩擦副表面的激光复合处理方法日前由江苏大学完成的“摩擦副表面的激光复合处理方法”被授予发明专利,该发明适用于摩擦副表面的激光复合处理,特别是内燃机气缸孔表面的处理,可在气缸孔表面形成耐磨的硬化层和可供润滑的微观几何形貌.该技术对磨损最严重的区域进行激光复合处理,形成具有微压力室效的一系列微观凹腔和耐磨抗冲击的硬化表面;对其他磨损的区域实施微观几何形貌激光造型,形成与其润滑性能要求优化匹配的连续均匀的、纵横交错的贮油润滑油路.分别利用两种不同的激光器和激光参数进行微观凹腔、几何形貌激光造型处理;并根据硬化效果设置微观凹腔分布和形状.该发明的优点是将激光相变硬化技术和激光微细加工技术进行综合运用,从根本上改善了磨擦副表面磨损最严重的区域的润滑状况.(科技处 唐 恒)495第6期 高永平等:发动机废气再循环冷却器结构的改进研究。
废气再循环EGR冷却器设计的现状与发展
万方数据万方数据第７期向飞等：废气再循环（ＥＧＲ）冷却器设计的现状与发展１４９比螺纹式Ｆ．，ＧＲ换热器的效率要高出２５％一５０％ｔ１６１；缺点是制造工艺要求严格，工艺过程复杂，容易堵塞，不耐腐蚀，清洗检修困难。
尽管如此，板翅式Ｅ，ＧＲ冷却器还是以其高的传热效率受到了国外研究者的青睐。
对于板翅式ＥＧＲ冷却器，目前的研究工作大多数集中在真空钎焊技术和新型材斟的开发研究上１１７ｌ。
图４板翅式ＥＧＩｔ冷却器四、结束语ＥＧＲ冷却器的实质是换热器在冷却ＥＧＲ技术中的应甩。
光管式换热器的结构最简单，流动平顺性较好，但它的传热效率潜力并未得到发挥；螺纹管利用表面粗糙化的原理提高了传热效率，但增加了流动的阻力；翅片管同样增加了传热效率，但其结构的优化还有待研究；螺旋折流管换热器相较于弓形折流板换热器已经有了质的提高，而且以其优异的性能成为ＩＥ．ＧＲ冷却器最青睐的形式。
近年来，人们对于高效换热器在ＥＧＲ的冷却器的研究也开始重视，板翅式ＥＧＲ换热器便是其中之一，虽然对这种类型换热器的应用相比较于管壳式换热器还略显稚嫩，但相信随着研究的深入，高效换热器的缺点会得到逐一的改善，它也将以其更优的换热性能成为ＥＧＲ冷却器的更有前景的一种形式。
参考文献【１】何邦全，姚眷德．柴油机ＮＯｘ排放控制废气再循环技术ｏ】．小型内燃机．２０００（１）：２２—２６．【２】周龙保．内燃机学（第二版）Ｍ】．北京：机械工业出版社，２００７。
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EGR热交换器特性分析及结构改进
ａｎｄ ｓ缸ｕｃｔＩ】ｒａｌ
ｃｏｏｌｉｎｇ
ｗａｔｅｒ．Ｃｏｍｐａｒｉｎｇ ｔｈｒｅｅ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｆｉｎ ｍｏｄｅｌｓ，ｔｈｅ ｆｉｎ ｍｏｄｅｌ谢ｔｌｌ ｓｐａｃｉｎｇ ｏｆ １．５ｍｍ ｈａｓ ｔｈｅ
ｈｉｇｈｅｓｔ ｈｅａｔ ｅｘｃｈａｎｇｅ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ａｓ Ｒｅｙｎｏｌｄｓ
ｕｎｉｆｏｒｍ，ｔｈｅ ｂｏｉｌｉｎｇ ｏｆ ｗａｔｅｒ ｄｉｓａｐｐｅａｒｓ ａｔ ｓａｍｅ ｔｉｍｅ ａｎｄ ｔｈｅ ｈｅａｔ ｔｒａｎｓｆｅｒ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ
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２．３ ＣＦＤ简介……………………………………………………………………………………………………………………………．．７
２．４对流传热问题的数值模拟………？…………………………………………………………………．９ ２．４．１建立物理与数学模型………………………………………………………………………．．９ ２．４．２建立网格……………………………………………………………………………………．．９ ２．４．３确定建立离散方程的方法…………………………………………………………………．．９ ２．４．４选取对流项的离散格式……………………………………………………………………１０ ２．４．５对边界条件进行离散化处理………………………………………………………………１０ ２．４．６求解代数方程……………………．…………………………………………………………１１
Ｓｉｇｎａｔｕｒｅ：
某国Ⅵ柴油机EGR冷却器换热性能分析及优化
某国Ⅵ柴油机EGR 冷却器换热性能分析及优化刘丛浩1，2，刘崇2，王廷剑3，4，牛俊良2（1.辽宁工业大学汽车与交通工程学院，辽宁锦州121001；2.锦州联升汽车零部件有限公司，辽宁锦州121000；3.天津职业技术师范大学机械工程学院，天津300222；4.哈尔滨工业大学材料科学与工程学院，黑龙江哈尔滨150001）来稿日期：2020-02-07基金项目：国家自然科学基金项目（51705364）；辽宁省高等学校产业技术研究院重大项目（cyyjy2018007）；天津市自然科学基金项目（18JCQNJC74900）作者简介：刘丛浩，（1986-），男，辽宁人，博士研究生，讲师，主要研究方向：有限元仿真分析、结构优化1引言由于国Ⅵ排放标准[1-2]的实施，各厂家均全力开发和推广满足新排放法规的产品。
其中针对尾气处理广泛采用EGR+DOC+DPF+SCR 的技术路线，其中DOC （Diesel Oxidation Catalyst ，柴油机氧化催化剂），DPF （Diesel Particulate Filter ，柴油颗粒过滤器）和SCR （Selective CatalyticReduction ，选择性催化还原）均为尾气后处理技术[3]，即经过处理后不再用于二次燃烧，而EGR 系统则是将尾气经过EGR 冷却器、EGR 阀，进入气缸再次燃烧，如图1所示[4，5]。
是降低排出气体中的氮氧化物（NO x ）的重要措施之一[6-9]。
因此，EGR 技术已经应用于柴油发动机上[10]。
在国Ⅲ和国Ⅳ阶段，波纹式或螺纹式换热管广泛被用作EGR 冷却器的换热管[11]，如图2所示。
但根据相关研究数据[4，12]，摘要：针对国Ⅵ排放标准，对某柴油机用EGR （排气再循环，Exhaust Gas Recirculation ）冷却器进行了换热性能分析与优化。
首先通过仿真分析对比打坑管式与内翅片式模型的温度场、压力场和换热效率，确定内翅片式模型各项指标均有较明显优势；为进一步满足设计要求，同时尽量减小气侧压差，又对翅片波纹幅值进行优化，确定当幅值A =0.9mm 时，仿真换热效率为86.43%。
柴油机EGR冷却器仿真研究
EGR（Engine Gas Recirculation ）技术是将发动机排出的一部分废气通过控制管路引入到进气道与空气混合，进入气缸再燃烧的方法。
NOx 是废气排放控制中的主要气体之一，它形成于高温富氧的条件，引入EGR 后温度峰值和进氧量的降低限制了NOx 生成条件，EGR 率对发动机的NOx 排放量影响很大，随着EGR 率的增加，发动机的NOx 的排放量大幅度下降，大负荷时尤为显著。
目前，EGR 技术是满足国四排放标准的方案之一。
因EGR 技术导入的是高温废气，若不对EGR 气体冷却，炙热的回流废气将导致缸内燃烧温度和压力的大幅度升高，抵消EGR 的作用，还会损坏发动机[1]。
因此，需要对EGR 循环进行冷却。
EGR 冷却器是一种换热器，不仅要满足热交换器的基本要求，还要满足自身冷却温度不能过低的特殊要求[2]，使其能实现控制性冷却。
目前，开展对EGR 冷却器传热和阻力性能的研究成为EGR 冷却器产品优化设计的重要基础[3]。
大部分的研究围绕EGR 冷却器对发动工作性能的影响方面[4-5]，以及冷却器的结垢对其性能的影响[6]。
本文从EGR 冷却器最基本的流场和传热分析入手，研究某款冷却器的结构改进和性能提升。
１ＥＧＲ冷却器的流场分析１．１ＥＧＲ冷却器本文研究的EGR 系统参数来源于一台2L 国IV 电控高压共轨柴油机。
EGR 冷却器以及EGR 阀组成结构见图1，EGR 冷却器是分析主体。
该发动机EGR 循环采用的是管壳式冷却器与EGR 阀的组合体管路。
它的特点是结构简单，适用范围大，冷却效果好。
废气经EGR 冷却器冷却后进入EGR 阀，进而根据各种工况对EGR 流量进行控制。
为避免EGR 阀对分析时的影响，阀体开度取最大值。
分析时选择发动机50%负荷，EGR 率最高，NOx 排放抑制作用最大，能够满足最大废气冷却要求。
冷却液选用50%水和50%乙二醇混合液，比热容为3.57KJ/kg ·K.按照设计要求，经计算，预估其传热系数K 为350W/（m 2·K ）.热交换管选用直径8mm 管，管数为18根。
柴油机EGR冷却器温度场有限元仿真研究
柴油机E G R 冷却器温度场有限元仿真研究王岩松1,2,汤晓林1,李 燕1,吴大钰1(1.辽宁工业大学汽车与交通工程学院,辽宁锦州 121001;2.辽宁省高等学校汽车工程研究中心,辽宁锦州 121000)摘要:柴油机废气再循环(E G R )冷却器热力学性能对降低汽车N O x排放至关重要。
应用A N S Y S 软件建立了E G R 冷却器流体热力学有限元模型,对流体的温度场进行了仿真研究和试验验证,进而对不同散热器形状和不同管道数E G R 冷却器的冷却效率进行了对比研究。
结果表明:带有圆锥散热器的冷却器可使冷却效率提高5%;适当增加冷却器内的管数可使冷却器的冷却效率提高13%。
关键词:柴油机;E G R 冷却器;有限元法;流体热力学模型;冷却效率中图分类号:T P 391.9;U 464.135 文献标识码:A 文章编号:1006-0006(2008)05-0047-03T e m p e r a t u r e S i m u l a t i o n o f E x h a u s t G a s R e c i r c u l a t i o n C o o l e rU s e d i nD i e s e l B a s e do n F i n i t e E l e m e n t M e t h o dW A N GY a n -s o n g 1,2,T A N GX i a o -l i n 1,L I Y a n 1,W UD a -y u1(1.S c h o o l o f A u t o m o b i l e a n d T r a f f i c E n g i n e e r i n g ,L i a o n i n g U n i v e r s i t y o f T e c h n o l o g y ,J i n z h o u 121001,C h i n a ;2.L i a o n i n g A c a d e m i c R e s e a r c h C e n t e r o f A u t o m o t i v e E n g i n e e r i n g ,J i n z h o u 121000,C h i n a )A b s t r a c t :T h e t h e r m o d y n a m i c s o f t h e e x h a u s t g a s r e c i r c u l a t i o n (E G R )c o o l e r s p l a y s a v e r y i m p o r t a n t r o l e f o r r e d u c i n gN O x o f d i e s e l s .U s i n gt h eA N S Y Ss o f t w a r e ,s o m ef l u i dt h e r m o d y n a m i cF E M m o d e l so f E G R c o o l e r sw e r ee s t a b l i s h e d ,t h e t e m p e r a t u r ef i e l d s o f t h e f l u i d s i n t h e E G Rc o o l e r s w e r e s i m u l a t e d a n dv e r i f i e d b y t h e e x p e r i m e n t a l r e s u l t s i nl i t e r a t u r e s ,a n d f u r t h e r m o r e ,t h e c o o l i n g e f f i c i e n c i e s o f t h eE G Rc o o l e r s w i t hd i f f e r e n t r a d i a t o r s a n dd i f f e r e n t n u m b e r o f c o o l i n gp i p e s w e r e a n a l y z e d a n d c o m p a r e d .T h e r e s u l t s s h o wt h a t t h e c o o l i n g e f f i c i e n c i e s o f c o o l e r s c a ni n c r e a s e f i v e p e r c e n t b y u s i n g c o n i f o r m r a d i a t o r s ,a n d /o r i t c a n i n c r e a s e t h i r t e e n p e r c e n t b yp r o p e r l y i n c r e a s i n g t h e i r p i p e n u m b e r s .K e y w o r d s :D i e s e l ;E G Rc o o l e r ;F i n i t e e l e m e n t m e t h o d ;F l u i d t h e r m o d y n a m i c m o d e l ;C o o l i n g e f f i c i e n c y 近年来为了降低汽车尾气N O x 排放量,柴油发动机上广泛采用了废气再循环(E G R )技术。
柴油机废气再循环控制策略的优化与仿真验证
第7卷第2期2024年4月Vol.7 No.2Apr. 2024汽车与新动力AUTOMOBILE AND NEW POWERTRAIN柴油机废气再循环控制策略的优化与仿真验证谢德文1，官维2，桑海浪1，周圣凯1，邓小超1，刘星1，梁科2，王禹1，2（1.广西玉柴机器股份有限公司，广西玉林 537005；2.广西大学机械工程学院，广西南宁 530004）摘要：针对发动机在瞬态工况下废气再循环（EGR）目标开度响应速度慢和稳定性差问题，在基于进气量控制的基础上，提出了一种基于最小二乘向量机的EGR目标开度预测模型。
通过改进的平衡优化器算法来调整模型的正则化参数和带宽，并在选定的瞬态工况下对模型进行模拟仿真。
结果表明：与反向传播神经网络（BPNN）、径向基函数神经网络（RBFNN）和广义回归神经网络相比，所提出的预测模型在瞬态工况下具有更好的预测性能；与现有的控制策略相比，所提控制策略的EGR率曲线有较好的实时跟踪性，且与传统控制相比，其响应速度更快、稳定性更好。
关键词：发动机；废气再循环（EGR）；最小二乘向量机；预测0 前言废气再循环（EGR）技术是减少氮氧化物（NO x）排放量最实用、最有效的手段之一［1-2］。
然而，EGR率过高会导致尾气过量，影响发动机的热效率，进而影响发动机的动力性能。
因此，有必要深入研究如何精确控制EGR率。
目前，多数发动机的ERG控制策略是基于进气量控制和基于EGR 阀位置控制的双闭环控制。
在基于进气量控制中，最终输出的是EGR目标开度，其作用是作为EGR 阀位置控制中比例-积分-微分（PID）控制器的输入，所以进气量控制对于EGR阀控制有着重大作用。
目前，比例-积分（PI）控制与预控制相结合的方法（以下简称“组合控制“）被广泛应用在EGR基于进气量的控制上［3］，然而该方法的比例因子脉谱（MAP）图、积分因子MAP图和预控制MAP图均是在发动机的稳态工况下由标定人员标定而得到的；在瞬态工况下，EGR系统具有很高的非线性，该方法难以对EGR目标开度进行精确控制。
重型柴油机废气再循环（EGR）冷却器的计算流体动力学（CFD）优化方法
重型柴油机废气再循环（EGR）冷却器的计算流体动力学（CFD）优化方法01VTMS-76 重型柴油机废气再循环（EGR）冷却器的计算流体动力学（CFD）优化方法瑞典斯德哥尔摩皇家技术学院（KTH）内燃机系Lucien Charnay、Hans-Erik ?ngstr?m 和 Lena Andersson皇家技术学院（KTH）热交换技术学会Bj?rn Palm瑞典Link?ping 法雷奥集团(VALEO)发动机冷却部Lars ?stling 版权所有 ? 2000 汽车工程师学会摘要本文使用计算流体动力学（CFD）方法对废气再循环（EGR）冷却器内的气流和热交换进行了研究。
重型柴油发动机EGR冷却用的是管壳式冷却器。
本文研究了散流器外形对压力下降、管束中的气流分配和热交换的影响。
进气口处温度为250℃，气流流速从100 g/s到200 g/s不等。
用这些结果与实验测量值进行了对比。
本文还研究了两种设计方案中管束大小和设计产生的影响。
我们开发了一个单管冷却器测试工作台，对CFD气流和热交换模型进行验证。
对入流温度进行了测量。
较大的管束在压力下降和气流分配方面效果更好。
出口平均气体温度也下降了6％。
散流器的设计对于气流分配和压力下降也产生重要影响。
平滑的“喇叭”外形与粗糙的外形设计相比，在压力下降方面效果更好。
不过，这样做的代价是气流均匀分配减弱，会损害热交换潜力。
简介在今后几年间，要求重型柴油发动机大大减少其氮氧化物（NOx）和颗粒物质的排放量，以达到欧洲和美国即将实行的标准（见下表1）。
同时，对于发动机生产商来说，燃料消耗仍是发动机的一个重要参数。
表 1: 欧洲和美国现行以及未来关于HD柴油发动机的法规。
欧2标准欧3标准欧4标准美国1998标准美国2004标准年份 19962000200519982004氮氧化物 (g/kWh) 7.0 5.0 3.5 5.4 3.3(NOx+NMHC)颗粒物质(g/kWh)0.150.100.020.140.14一氧化碳(g/kWh)4.0 2.1 1.521.121.1传统上来说，延迟燃料喷射过程，加上提高汽缸盖流动特征，使用四个阀门和低漩涡设计，已经足以减少氮氧化物排放，达到燃料消耗和颗粒物排放的平衡[1]。
废气再循环冷却器的性能仿真及结构改进研究
图 ７ 废气对冷却器内壁温度分布的影响
该冷却器使用 的 材 料 为 不 锈 钢,其 材 料 特 性
如表 ３ 所示.
表 ３ 冷却器材料特性
密度
导热系数
线性膨胀系数
(
kg/m３)
８０３０
(W/(mK))
(
μm/K)
１６．
２７
８．
３３
泊松比
０．
２６３
４．
２ 温度场计算
依据图 ６、图 ７ 所示的 边 界 条 件,可 以 计 算 得
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技术两种模式.内部 EGR 技 术 是 将 废 气 在 缸 内
进行 循 环,其 结 构 简 单、应 用 方 便,但 难 以 精 确 控
制 EGR 率,因此,目 前 广 泛 采 用 外 部 EGR 技 术.
汽车尾气再循环冷却器实验台研制
第一章绪论1.1试验台研究的现状及意义近年来，由于人们对于环保问题日益重视，排放法规也越来越严格。
在我国，北京已于2008年3月1日已经率先使用国四排放标准，全国其他地区也将于2010年迈入国四标准。
这些对于EGR技术提出了更高的要求，冷却的EGR系统以其更优的排放质量已经成为了满足排放标准的必要机内净化措施，并已成为国内外汽车发动机满足排放法规的必备装备。
因此人们不断致力于降低柴油机有害物排放，尤其是NOx(氮氧化物)和PM（颗粒）排放。
废气再循环（EGR）冷却器技术对降低柴油机的NOx排放有显著效果，是目前普遍采用的技术。
其原理是将发动机排出的定量废气回送到混流器与新鲜空气混合后进入气缸，由于废气再循环使得燃烧温度降低，氧的相对浓度降低，NOx有害排放得以减少。
冷却器是废气再循环装置中的重要元件，它通过降低废气温度，使废气再循环更有效。
因此，必须尽可能提高废气再循环冷却器的冷却效率，保证废气流过时压力下降到规定的范围，这是冷却器结构设计的首要目标。
随着EGR冷却器制造技术的提高及国内外市场的巨大需求看，我们面临着一个紧迫的问题，就是冷却器性能测试平台的短缺。
调查显示，很少有非换热器公司具有EGR换热器性能测试实验台，即使已有的试验台，其中多半的测试手段和方法已相对落后。
根据本公司的实际需要，为了节省试验成本，废气用高温燃气发生器代替发动机来获得，通过以水－气换热的壳管式EGR换热器作基本模型，设计出一套自动化程度高、测量准确、操作简单、适用范围广的EGR换热器性能实验系统。
对不同的EGR换热器型式，通过简单的安装，可以在本实验台系统上得到该换热器的一系列性能参数，用测量的温度、流量、压力等参数，来推算出传热系数与流速之间，流阻与压力差之间的关系曲线和关系式，由此可对换热器的传热性能进行评价和比较。
所以我们这个智能化EGR冷却器实验台的建设，对我国EGR产业的发展能够起到一定的推动作用。
一方面能够为以后的EGR冷却器的性能参数提供可靠方便的测试平台；另一方面为以后我国制定EGR冷却器性能参数的行业标准提供有效数据及技术支持。
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１ 流固耦合基本原理与计算模型
Ｅ Ｇ Ｒ 冷 却 器 的 流 固 耦 合 计 算 过 程 见 图 １。 首先利用三 维 软 件 对 Ｅ 并 Ｇ Ｒ 冷 却 器 进 行 建 模， 将划分好的 在 ＡＮ Ｓ Ｙ Ｓ Ｉ Ｃ ＥＭ 中 对 其 划 分 网 格 ， 模型导入 Ｆ 再 ｌ ｕ ｅ ｎ ｔ软件计算冷却器的 流 场 结 果 ， 进入 ＡＮ Ｓ Ｙ Ｓ Ｓ ｔ ｅ ａ ｄ － Ｓ ｔ ａ ｔ ｅ Ｔ ｈ ｅ ｒ ｍ ａ ｌ将 Ｆ ｌ ｕ ｅ ｎ ｔ中 ｙ 解算得到的流固边界的温度加载到冷却器的流固 解算得到 冷 却 器 固 体 壁 面 的 温 度 场 和 热 交界面 ， 最 后 在 ＡＮ 通 量 场， Ｓ Ｙ Ｓ Ｓ ｔ ａ ｔ ｉ ｃ－Ｓ ｔ ｒ ｕ ｃ ｔ ｕ ｒ ａ ｌ中 将 中 得 到 的 温 度场 ＡＮ Ｓ Ｙ Ｓ Ｓ ｔ ｅ ａ ｄ －Ｓ ｔ ａ ｔ ｅ Ｔ ｈ ｅ ｒ ｍ ａ ｌ ｙ 加载到固体区域上 ， 并设置相应的约束 ， 计算冷却 器固体区域的热应力 。 Ｅ Ｇ Ｒ 冷却器 流 固 耦 合 的 传 热 计 算 关 键 在 于 计算流体与固体以及流固交界面处热量传递 。 根 ·２ ３ ６ ９·
— — 陆 磊 张振东 尹丛勃 废气再循环冷却器的性能仿真及结构改进研究 —
废气再循环冷却器的性能仿真及结构改进研究
陆 磊 张 振 东 尹丛勃
上海理工大学， 上海， ２ ０ ０ ０ ９ ３
摘要 ： 废气再 循 环 （ 冷 却 器 的工 作 条 件 恶劣 ， 经 常 由于 热 负荷 过高 而 出现 结 构 开 裂 问 题 ， 严重 Ｅ Ｇ Ｒ） 影 响 实 际 使 用性 能 。 针 对 某 型 Ｅ 采用 流 固耦 合 热 分析方 法 ， 用计算 流 体力 学 和 有 限 元 软 件 Ｇ Ｒ 冷却器， 计算 分析了 Ｅ 温度 场 和 热 应力 分 布 ， 其 数 值 模 拟 结 果 与 测 试 结 果 吻 合； 验证了 Ｅ Ｇ Ｒ 冷却器的流场、 Ｇ Ｒ 冷 却 器 的 开 裂 现 象系 工 作 时 所 受 热 应 力 过 高 导 致 。 据 此 ， 通过在外表面增加扰流槽对 Ｅ Ｇ Ｒ 冷却器结 构 进 行 了一定的 改 进 ， 试 验结 果 表 明 ， 改进后的 Ｅ 研究结果表明流固耦 Ｇ Ｒ 冷 却 器 不 再 出 现 开 裂 现 象， 合 分析是 解 决 Ｅ Ｇ Ｒ 冷 却 器开 裂 问 题的 有 效 方 法 。 关键词 ： 废气再循环冷却器 ； 热应力 ； 流固耦合 ； 扰流槽 ： ／ 中图分类号 ： ＴＫ ４ ２ ２ Ｄ Ｏ Ｉ １ ０． ３ ９ ６ ９ １ ３ ２ Ｘ． ２ ０ １ ５． １ ７． ０ １ ６ ． ｉ ｓ ｓ ｎ． １ ０ ０ ４ － ｊ Ｐ ｅ ｒ ｆ ｏ ｒ ｍ ａ ｎ ｃ ｅ Ｓ ｉ ｍ ｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｎ ｄ Ｓ ｔ ｒ ｕ ｃ ｔ ｕ ｒ ｅ Ｉ ｍ ｒ ｏ ｖ ｅ ｍ ｅ ｎ ｔ ｏ ｆ Ｅ Ｇ Ｒ Ｃ ｏ ｏ ｌ ｅ ｒ ｐ Ｌ ｕ Ｌ ｅ ｉ ｈ ａ ｎ Ｚ ｈ ｅ ｎ ｄ ｏ ｎ Ｙ ｉ ｎ Ｃ ｏ ｎ ｂ ｏ Ｚ ｇ ｇ ｇ ， ， Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｏ ｆ Ｓ ｈ ａ ｎ ｈ ａ ｉ ｆ ｏ ｒ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ａ ｎ ｄ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ Ｓ ｈ ａ ｎ ｈ ａ ｉ ２ ０ ０ ０ ９ ３ ｙ ｇ ｇ ｙ ｇ ： ｏ ｏ ｒ Ａ ｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ Ｔ ｈ ｅ ｗ ｏ ｒ ｋ ｉ ｎ ｃ ｏ ｎ ｄ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ｏ ｆ Ｅ Ｇ Ｒ ｃ ｏ ｏ ｌ ｅ ｒ ｏ ｆ ｔ ｅ ｎ ｉ ｓ ｄ ｕ ｅ ｔ ｏ ｅ ｘ ｃ ｅ ｓ ｓ ｉ ｖ ｅ ｔ ｈ ｅ ｒ ｍ ａ ｌ ｌ ｏ ａ ｄ ａ ｎ ｄ ｐ ｇ ｅ ｍ ｅ ｒ ｅ ｎ ｃ ｅ ｏ ｆ ｓ ｔ ｒ ｕ ｃ ｔ ｕ ｒ ｅ ｃ ｒ ａ ｃ ｋ ｗ ｈ ｉ ｃ ｈ ｉ ｎ ｆ ｌ ｕ ｅ ｎ ｃ ｅ ｓ ｓ ｅ ｒ ｉ ｏ ｕ ｓ ｌ ｉ ｔ ｓ ａ ｃ ｔ ｕ ａ ｌ ｆ ｌ ｕ ｔ ｈ ｅ ｒ ｏ ｂ ｌ ｅ ｍ， ｅ ｒ ｆ ｏ ｒ ｍ ａ ｎ ｃ ｅ ． Ｔ ｈ ｅ － ｇ ｙ ｐ ｐ ， ｉ ｄ ｆ ｉ ｅ ｌ ｄ ｔ ｈ ｅ ｔ ｅ ｍ ｅ ｒ ａ ｔ ｕ ｒ ｅ ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ ｒ ｍ ａ ｌ ｓ ｔ ｒ ｅ ｓ ｓ ｄ ｉ ｓ ｔ ｒ ｉ ｂ ｕ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｃ ｏ ｏ ｌ ｅ ｒ ｗ ｅ ｒ ｅ ｃ ａ ｌ ｃ ｕ ｌ ａ ｔ ｅ ｄ ｂ ｕ ｓ ｉ ｎ ｃ ｏ ｍ ｕ ｔ ａ － ｐ ｙ ｇ ｐ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｌ ｆ ｌ ｕ ｉ ｄ ｄ ｎ ａ ｍ ｉ ｃ ｓ ａ ｎ ｄ ｆ ｉ ｎ ｉ ｔ ｅ ｅ ｌ ｅ ｍ ｅ ｎ ｔ ａ ｎ ａ ｌ ｓ ｉ ｓ ｓ ｏ ｆ ｔ ｗ ａ ｒ ｅ ｗ ｉ ｔ ｈ ｆ ｌ ｕ ｉ ｄ － ｓ ｏ ｌ ｉ ｄ ｃ ｏ ｕ ｌ ｉ ｎ ｔ ｈ ｅ ｒ ｍ ａ ｌ ａ ｎ ａ ｌ ｓ ｉ ｓ ｙ ｙ ｐ ｇ ｙ ｒ ｅ ｓ ｕ ｌ ｔ ｓ ｏ ｆ ｃ ａ ｌ ｃ ｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｗ ｅ ｌ ｌ ａ ｒ ｅ ｅ ｗ ｉ ｔ ｈ ｔ ｅ ｓ ｔ ｄ ａ ｔ ａ ａ ｎ ｄ ｉ ｔ ｉ ｓ ｃ ｏ ｎ ｃ ｌ ｕ ｄ ｅ ｄ ｔ ｈ ａ ｔ ｔ ｈ ｅ ｃ ｒ ａ ｃ ｋ ｓ ｏ ｎ ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｉ ｕ ｅ ． Ｔ ｈ ｅ ｇ ｑ ， ｃ ｏ ｏ ｌ ｅ ｒ ａ ｒ ｅ ｃ ａ ｕ ｓ ｅ ｄ ｂ ｈ ｉ ｈ ｔ ｈ ｅ ｒ ｍ ａ ｌ ｓ ｔ ｒ ｅ ｓ ｓ ．Ａ ｃ ｃ ｏ ｒ ｄ ｉ ｎ ｌ ｔ ｈ ｅ ｃ ｏ ｏ ｌ ｅ ｒ ｓ ｔ ｒ ｕ ｃ ｔ ｕ ｒ ｅ ｗ ａ ｓ ｉ ｍ ｒ ｏ ｖ ｅ ｄ ｔ ｈ ｅ Ｅ Ｇ Ｒ ｙ ｇ ｇ ｙ ｐ ｏ ｕ ｔ ｅ ｒ ｓ ｕ ｒ ｆ ａ ｃ ｅ ｉ ｎ ｃ ｒ ｅ ａ ｓ ｅ ｄ ｔ ｕ ｒ ｂ ｕ ｌ ｅ ｎ ｃ ｅ ｓ ｌ ｏ ｔ ｓ ． Ｔ ｈ ｅ ｃ ｏ ｏ ｌ ｅ ｒ ｗ ｉ ｔ ｈ ｔ ｈ ａ ｔ ｃ ｏ ｎ ｆ ｉ ｕ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｈ ａ ｓ ｏ ｂ ｖ ｉ ｏ ｕ ｓ ｌ ｌ ｏ ｗ ｅ ｒ ｔ ｈ ｅ ｒ － ｇ ｙ ｍ ａ ｌ ｓ ｔ ｒ ｅ ｓ ｓ ａ ｎ ｄ ｃ ｒ ａ ｃ ｋ ｓ ｎ ｏ ｌ ｏ ｎ ｅ ｒ ｈ ａ ｅ ｎ ａ ａ ｉ ｎ， ｉ ｎ ｄ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｎ ｆ ｌ ｕ ｉ ｄ － ｓ ｏ ｌ ｉ ｄ ｃ ｏ ｕ ｌ ｉ ｎ ｔ ｈ ｅ ｒ ｍ ａ ｌ ａ ｎ ａ ｌ ｓ ｉ ｓ ｂ ｅ ｉ ｎ ａ ｎ ｇ ｐ ｐ ｇ ｇ ｐ ｇ ｙ ｇ ｒ ｏ ｂ ｌ ｅ ｍ ｅ ｆ ｆ ｅ ｃ ｔ ｉ ｖ ｅ ｗ ａ ｆ ｏ ｒ ｓ ｏ ｌ ｖ ｉ ｎ ｔ ｈ ｅ ｃ ｒ ａ ｃ ｋ ｏ ｆ Ｅ Ｇ Ｒ ｃ ｏ ｏ ｌ ｅ ｒ ． ｐ ｙ ｇ ： ； ； ； Ｋ ｅ ｗ ｏ ｒ ｄ ｓ ｅ ｘ ｈ ａ ｕ ｓ ｔ ａ ｓ ｒ ｅ ｃ ｉ ｒ ｃ ｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ（ Ｅ Ｇ Ｒ） ｃ ｏ ｏ ｌ ｅ ｒ ｔ ｈ ｅ ｒ ｍ ａ ｌ ｓ ｔ ｒ ｅ ｓ ｓ ｆ ｌ ｕ ｉ ｄ － ｓ ｏ ｌ ｉ ｄ ｃ ｏ ｕ ｌ ｉ ｎ ｔ ｕ ｒ ｂ ｕ － ｙ ｇ ｐ ｇ ｌ ｅ ｎ ｃ ｅ ｓ ｌ ｏ ｔ ｓ
图 １ Ｅ Ｇ Ｒ 冷却器流固耦合计算流程
２． ２ 网格划分 为了正确 模 拟 Ｅ 在一 Ｇ Ｒ 冷 却 器 复 杂 流 场， 定网格点的条件 下 ， 流动参数变化的区域须安排 较多网 格 点 。 由 于 Ｅ Ｇ Ｒ 冷 却 器 是 轴 对 称 结 构， 因 此 计 算 时 对 其 作 对 称 处 理， 以 加 快 计 算 速 度。 本文利用 Ｉ 液体 Ｃ ＥＭ－ Ｃ Ｆ Ｄ 软件对冷却器的固体 、
收稿日期 ： ２ ０ １ ５ ０ ３ １ ６ － － ） 基金项目 ： 国家自然科学基金资助重点项目 （ ５ １ ２ ７ ５ ３ ０ ９
中国机械工程第 ２ ６ 卷第 １ ７期２ ０ １ ５ 年 ９ 月上半月
参数名称 进出气口直径 （ ｍｍ） 进出水口直径 （ ｍｍ） 冷却器长度 （ ｍｍ） 冷却管数 参数值 ３ ０ １ ５．国排放 法 规 越 来 越 严 格 ， 各汽车厂商 为了降低 ＮＯ 将废气再循环 （ 技术 Ｅ Ｇ Ｒ） ｘ 的排放 ，
１ － ３］ 。 现 阶 段， 广泛地 应 用 于 柴 油 发 动 机 上 ［ Ｅ Ｇ Ｒ
生的原因 ， 本文以该 Ｅ 采 Ｇ Ｒ 冷 却 器 为 研 究 对 象， 用流固耦合 的 数 值 模 拟 分 析 方 法 计 算 得 到 Ｅ Ｇ Ｒ 冷却器的温度场 ， 并结合试验台架加以实测验证 ； 再以此温度场作 为 求 解 热 负 荷 的 边 界 条 件 ， 计算 得出 Ｅ 并通过结构 Ｇ Ｒ 冷 却 器 所 受 到 的 热 应 力， 最终解决了 Ｅ 改进的方法 ， Ｇ Ｒ 冷却器开裂问题 。
式中， ｋ 为湍动能 ； ｕ ｉ 为液体流速 ； ｔ 为涡黏 ρ 为液体密度 ； μ 度； Ｇ ε 为湍动能耗散 率 ； ｋ 为由平均速度梯度产 μ 为黏度 ； 生的湍流项 ； Ｇｂ 为浮 力 产 生 的 湍 流 动 能 ； ＹＭ 为 因 扩 散 而 产生的湍流 ； Ｓ σ ｋ 为ｋ 的湍流普朗特数 ； ｋ 为用 户 定 义 的 源 项。
其使用 性 能 直 接 影 响 到 发 动 机 的 工 作 关键部件 ，
８］ 。 性能 ［
Ｅ Ｇ Ｒ 冷却器 是 Ｅ Ｇ Ｒ 系 统 的 主 要 受 热 部 件， ９］ 。 其工作时 所 受 的 热 负 荷 较 高 ， 工 作 环 境 恶 劣［ 在某款柴油机进行 耐 久 试 验 时 发 生 了 Ｅ Ｇ Ｒ 冷却 器冷却管的连接板有开裂问题 。 为了解其裂纹产
技术主要 分 为 内 部 Ｅ Ｇ Ｒ 技术和外部 Ｅ Ｇ Ｒ 技术 两种模式 。 内部 Ｅ Ｇ Ｒ 技术是将废气在缸内进行 循环 ， 其 结 构 简 单、 应 用 方 便， 但难以精确控制 因此 ， 目前广泛采用外部 Ｅ Ｅ Ｇ Ｒ 率， Ｇ Ｒ 技术 。 外 部Ｅ Ｇ Ｒ 技术是将来自排气管的废气经过 Ｅ Ｇ Ｒ 冷却器 、 最后进入气管重新进入气缸 ， 通 Ｅ Ｇ Ｒ 阀， 过调节排气背压和 Ｅ Ｇ Ｒ 阀开度来调整进入气缸