研讨课案例之一：车用列管水套式排气换热器

1、车用列管水套式排气换热器的设计与换热性能组员：张树榛 樊明哲 王末 资料表明,现有的汽车发动机有效功率一般只占燃油燃烧总热量的20 %45 %;而以余热形式排出车外的能量占燃烧总能量的55 %80 % ,其中绝大部分为排气余热和冷却水余热. 冬季天气寒冷,车内乘坐舒适性较差,另外由于挡风玻璃结霜会影响驾驶员视觉,给交通安全带来隐患,因此可以通过回收汽车余热来解决客车冬季取暖和除霜问题,不仅可以提高乘坐舒适性和驾驶安全性,而且可以起到节能环保的作用,这在现实中具有重要的意义. 水暖式排气余热采暖系统水暖式排气余热采暖系统排气换热器的设计排气换热器的设计排气换热器的设计原则排气换热器的设计原则1)

2、 排气换热器要结构紧凑、体积小、换热效率高;2) 排气换热器能抗震动、抗冲击、耐高温,适应汽车运行环境;3) 避免排气泄露,保证汽车使用中的安全;4) 合理控制排气背压和循环冷却水温度,不影响发动机工作特性,不增加冷却系统的热负荷.新型列管水套式排气换热器新型列管水套式排气换热器1) 在壳程的外围增加了水套结构2) 列管与管板在焊接前采用液压胀管技术胀接3) 在水套和列管束之间设置了均衡水流量的水流分配器.换热性能对比试验换热性能对比试验试验方案试验方案 在数值仿真的基础上,试制了一台列管水套式换热器的样机(编号SL30) ,样机主要参数如下:换热器长398 mm ,外桶直径为217 mm ,

3、内桶直径为195 mm ,列管采用37 根外径为16 1 mm 的列管,每根列管长320 mm ,列管材料为SUS304 不锈钢,气路弓形折流板高115 mm.为了更好地对SL30 的换热性能进行评判,使分别对2 台换热器进行台架试验,试验程如图8 所示. 热工介质为排气和循环冷却水. 从发动机水套中引出的循环冷却水在排气换热器中与高温排气进行热交换,然后流入布置有4 个强制散热器的模拟车厢内散热,散热后的冷却水再流回发动机. 在排气换热器前后的水流管路和排气管路上分别布置各种型号的温度传感器、压力传感器和流量计对各热工参量进行测量.2 试验过程试验过程 分别对列管水套式换热器SL30 和管翅

4、型换热器PQCN20 进行6 个工况的发动机台架试验并进行数据记录. 发动机的6 个工况点分别为: 工况1 :转速为800 r/ min ; 工况2 :转速为1 300 r/ min ,转矩为100 N m ; 工况3 :转速为1 500 r/ min ,转矩为200 N m ; 工况4 :转速为1 700 r/ min ,转矩为300 N m ; 工况5 :转速为2 000 r/ min ,转矩为400 N m ; 工况6 :转速为2 200 r/ min ,转矩为500 N m.3 试验结果试验结果 本试验主要考察排气换热器最重要的2 个性能指标:换热效率和排气压力损失. 将2 种换热器的换热量和排气压力损失的试验结果进行处理并绘制成关系曲线图,如图10 和图11 所示. 回收汽车余热进行供暖和除霜具有很现实的意义. 排气换热器是水暖式排气采暖系统的最重要部件,针对排气换热器的特殊使用要求,设计了一种新型的列管水套式排气换热器,通过数值仿真和对比试验相结合的方式对其换热性能进行了研究. 结果表明:新设计的列管水套式换热器具有较高的换热效率,完全能满足客车冬季的供暖和除霜需求;但在较高工况时对排