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废气再循环(EGR)热交换器是废气再循环系统的关键部件,设计和制造重量轻、体积小、散热效率高、价格低的EGR热交换器是实施EGR技术的重要前提。本文应用数值模拟的方法研究了EGR热交换器的传热流动特性以及结构特性。具体进行了以下五个方面的工作:
(1)针对某种EGR热交换器结构,建立冷却水通道模型及废气通道模型,并用FLUENT软件计算了各自的温度场、流场和压力场,得到各自的分布规律。研究发现:冷却水在各个子通道内的温度分布不均匀,并且冷却水在某个区域出现了沸腾现象。通过对比三种不同的翅片结构模型,发现当Re<1500时,间距为1.5mm的翅片换热效果较好,当Re>1500时,间距为2.25mm的翅片换热效果较好。
(2)对原有结构作出改进并建立冷却水通道模型,重新计算其温度场、流场和压力场。研究发现,结构的改进使温度场、流场分布更加均匀,同时还避免了冷却水的沸腾现象,改善了EGR热交换器的换热性能。
(3)根据传热学理论研究了EGR热交换器的传热和流动阻力特性,并对EGR热交换器进行了热力学校核计算。在此基础上与已有的试验结果作比较,发现数值计算结果与试验结果吻合较好。
(4)应用ANSYS软件对EGR热交换器管板作了热—结构应力耦合分析。研究表明:在工作工况下,管板的强度和刚度是满足要求的。
(5)建立了动力学分析有限元模型,并应用ANSYS软件对EGR热交换器进行模态和谐响应分析,研究表明:热交换器结构的动力学性能良好,可以满足各种工况下的使用要求。