基于CATIA的F09涡轮增压发动机中冷器设计【全套包含CAD图纸三维建模和说明书】
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设计题目： 指导教师： 设计背景 长安公司推出的 将安装中置涡轮增压发动机，空气经涡轮增压后温度会升高到 120 左右，经过压缩的空气直接进入发动机气缸则会引起爆震、死火等现象，并且会缩短发动机的使用寿命。所以需要中间冷却系统即中冷器。本设计任务要求完成 设计流程 1、认识中冷器 2、分析设计（任务分析和理论分析） 3、设计中冷器 （安装位置设计、冷却管设计、散热片设计、气室设计） 4、中冷器设计计算 （结构计算、热力计算、阻力计算） 5、使用 1、认识中冷器 如图所示为各式各样的中冷器 涡轮增压工作原理 涡轮增压工作原理如右图所：图中红色的为高温废气，蓝色为新鲜空气。1为增压进气口， 2为增压出气口（中冷器进气口）， 3中冷器出气口，红色的高温高压气体带动涡轮高速旋转，这种高速旋转通过轴传递给另一涡轮旋转，对空气进行压缩，增压的新鲜空气经过中冷器进行冷却，最后通入气缸做功。 中冷器的分类 (1）水冷式 利用循环冷却水对通过中冷器的空气进行冷却。优点是冷却效率较高，而且安装位置比较灵活，无需使用很长的连接管路，使得整个进气管路更加顺畅。缺点是需要1个与发动机冷却系统相对独立的循环水系统与之配合，因此整个系统的组成部件较多，制造成本较高，而且结构复杂。 中冷器的作用是降低发动机的进气温度。一般由铝合金材料制成。按照冷却介质的不同，常见的中冷器可以分为风冷式和水冷式 2种。 （ 2）风冷式 利用外界空气对通过中冷器的空气进行冷却。优点是整个冷却系统的组成部件少，结构比水冷式中冷器相对简单。缺点是冷却效率比水冷式中冷器低，一般需要较长的连接管路，空气通过阻力较大。 风冷式中冷器分类如图， 风冷式中冷器的分类 2、分析设计 具体设计要求和条件： 冷却类型：风冷 620 180 100 15气侧流阻 1口温度( ) 出口温度 ( ) 流量 发动机进气侧 120 50 84g/s 空气侧 40 1800 3 根据设计题目，我们可以看出本次设计的对象为长安之星面包车，众所周知，面包车是面向全国广大农村市场开发的微型客车，要求价格便宜，能载货载人，并且要求省油，经济性好。所以在面包车上安装涡轮增压发动机是很明智的，既省油又环保。发动机排量是 明发动机的排量小，这样我们可以初步确定，增压系统中，中冷器的体积应该也比较小。考虑到面包车的主要功能是让更多的空间来载人载货，所以要求中冷器的外形尺寸要尽量小，安装要紧凑。 中冷器的类型，在中冷器的分类中已经做了较详细的介绍，特别是在比较水冷式中冷器和风冷式中冷器的优缺点后，风冷式中冷器制造更加容易，加工方便，而且结构简单，成本低。所以选择风冷式中冷器，其中以传统紧凑式中冷器更加符合本次设计的要求，最终，确定以 传统紧凑式中冷器 作为本次设计的中冷器类型。如下图所示， 理论分析 11理想压缩过程；通过比较这两个过程我们可以看到理想状态下，我们希望压力增加到一定的程度时，其温度能尽量低些，但实际的情况是随着压力的增加，其温度增加的值比预期的高。 22*理想状态下经过中冷器冷却的过程；通过比较这两个过程我们可以看出，理想状态下我们希望能将经过压缩的高温气体降到压缩前的温度 25 ，但实际经过中冷器得到的气体是无法降低到压缩前的状态的，在经过实际的将温过程时，得到的出口温度是在 50 左右。 3、设计中冷器 安装位置设计 冷器在乘用车的布置的一般位置有 6种，其布置位置的不同，对中冷器的性能都有不同的影响，对其结构也有不同的要求，本次设计的是发动机中置面包车的中冷器，根据车型的要求，在前面我们已经选择了中冷器的类型为传统紧凑式中冷器，所以，中冷器布置为散热器前面紧凑式，具体安装位置如图所示。这样布置的优势是，传统紧凑式中冷器本身外形尺寸较小，节省了布置空间，与散热器共用风扇，降低了成本，方便维修和保养。 中冷器的具体安装位置 冷却管设计 冷却管是中冷器的重要组件之一，其主要作用是保证经过压缩的空气在管道内充分的与管道外空气进行热交换，且要求压缩空气在管道内的压力降尽量小。扁管和圆管在结构上的不同： 虑到以上差距，在加上扁管的散热性能好，两者制造难度相当，所以本次设计采用扁管式中冷器 。 扁管的材料一般采用铝合金，根据扁管的具体要求，要承受一定压力，所以取扁管的材料的强度较大，因为厚度如果太厚会影响其散热性能，所以在选择材料时，取具有较高强度的材料，具体型号为 散热片设计 散热片包括内翅片和外翅片，是中冷器散热部分最为重要的部件之一，散热片的好坏，决定了散热性能的优劣。所以在选择散热片时要综合考虑各方面的因素，采用最合理的散热片。翅片的形式有很多，有三角型，波纹型，百叶窗型等多种，三角型翅片制造简单，但散热性能不好；百叶窗型翅片散热性能很好，但制造工艺复杂，成本高；波纹型翅片制造成本较低，加工工艺较简单。因为本次设计是安装在面包车上的中冷器，要求在保证散热要求的前提下尽量选择加工容易，成本低的翅片，所以选择散热量适中，成本也不高的波纹型翅片来作为本次设计的翅片。 根据要求选择铝挤型散热片。这是广泛用于现代散热中的优良散热材料，业界大部份都使用 6063 纯度可达到 98%以上，其热传导能力强 密度小 价格便宜。 气室设计 气室是中冷器中压力降最大的部件，所以气室的设计尤为重要。中冷器气室设计的好坏的标准是能否使空气均匀地流过芯子，以及气流流过气室的阻力要小。在气室设计比较合理的情况下，通过气室的压力降要占整个中冷器压力降的 60左右，而仅有 40的压力降是芯子产生的。因此中冷系统压力降的减少是气室优化设计所必须考虑的。根据设计要求，设计气室如图所示，该气室没有 90 弯头，气室口与气室体交接处的截面积大，并且连接处是光滑过渡。 气室的材料选择 4、中冷器设计计算 本次中冷器的设计主要包括预备计算、结构计算、热力计算、和阻力
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