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【6h】

车用柴油机EGR冷却器仿真设计与试验研究

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摘要

第1章 绪论

1.1 研究背景

1.1.1 选题的时代背景

1.1.2 车用柴油机排放的成分和产生机理

1.1.3 车用柴油机排放控制技术

1.2 EGR技术概述

1.2.1 车用柴油机EGR的类型

1.2.2 车用柴油机EGR国内外研究现状

1.3 EGR冷却器技术概述

1.3.1 EGR冷却器的类型

1.3.2 EGR冷却器的研究现状

1.4 本文的主要研究内容

第2章 柴油机EGR工作过程数值模拟

2.1 GT-Power软件简介

2.2 发动机模型的建立

2.2.1 模拟发动机主要特性参数

2.2.2 EGR发动机模型的建立

2.2.3 模型的验证

2.3 仿真结果及分析

2.3.1 EGR率对整机性能的影响

2.3.2 最佳EGR率的确定

2.3.3 EGR温度对整机性能的影响

2.3.4 最佳EGR温度的确定

2.4 本章小节

第3章 EGR冷却器的开发设计

3.1 EGR冷却器结构参数计算

3.1.1 最大热负荷工况点的确定

3.1.2 计算平均温差

3.1.3 确定管内、外换热系数

3.1.4 总传热系数K的计算

3.1.5 计算换热面积

3.2 EGR冷却器建模仿真

3.2.1 模型的建立

3.2.2 网格划分及边界条件设定

3.2.3 仿真结果及分析

3.3 本章小节

第4章 EGR冷却器的试验研究

4.1 试验方案

4.2 试验系统硬件构成

4.2.1 燃烧器

4.2.2 加热器

4.2.3 冷却液恒温系统

4.2.4 EGR冷却器安装台的设计

4.2.5 传感器和执行机构

4.2.6 测试电路

4.3 试验系统软件设计

4.3.1 LabVIEW软件简介

4.3.2 软件设计方案

4.3.3 软件功能的实现

4.4 试验结果及分析

4.5 本章小节

第5章 总结与展望

5.1 全文总结

5.1 工作展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的论文和申请的发明专利

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摘要

EGR可有效的降低NOx排放,但同时也对柴油机的动力性、燃油经济性、碳烟排放带来不同程度的负面影响,冷EGR技术在EGR的基础上对高温废气进行冷却,降低进气温度,柴油机的性能得到全面提升,冷却器作为冷EGR系统的核心部件,其开发设计显得尤为重要。
   本文首先基于GT-Power软件建立了某国产商务车用柴油机仿真模型,基于该仿真模型,深入研究了不同工况下,不同EGR率、EGR温度对柴油机性能和排放的影响规律,考虑发动机综合性能后,对各工况下的EGR率、EGR温度进行优化,得出了最佳EGR率、EGR温度三维MAP图。然后基于GT-Power仿真结果,找出冷却器工作的最大热负荷工况点,以此点作为设计工况对冷却器结构参数进行计算。根据计算的冷却器结构参数,建立波纹管式、光滑管式、折流板式冷却器模型,并分别对三种模型进行了仿真研究,结果表明波纹管式换热器换热效果好、压损增加少,作为车用发动机的EGR冷却器具有独特的优势。最后搭建EGR冷却器测试系统,对所设计的冷却器进行热特性试验、冷热冲击试验、积炭试验,并对结果做了相应的分析。
   热特性试验:首先从试验值和模拟值对比可知,两者差值很小,验证了仿真模型的有效性,另外,从试验数据分析可知,EGR气体出口温度、气路水路压力损失均在允许范围内,冷却器设计满足要求。冷热冲击试验:经过20次冷热冲击试验,发现该冷却器并未发生泄露,冷却器焊缝和管材质量满足要求。积炭试验:积炭结垢对冷却器的换热和流动等各性能均产生不利的影响,但随着时间延长,积炭的积聚和降解达到平衡,性能不再随时间持续恶化下去。在5h的积炭试验中,气体出口温度增加了6.17%,换热系数降低了16.7%,气路压力损失提高了27.6%,积炭对冷却器性能的影响还是很大的,在设计冷却器时,应提前考虑积炭的影响,同时探求减少积炭的措施。

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