【正文】 機(jī)為何會比普通發(fā)動機(jī)擁有更大的動力，其中原因之一就是其換氣的效率比一般發(fā)動 機(jī)的自然進(jìn)氣更高。當(dāng)空氣進(jìn)入渦輪增壓后其溫度會大副升高，密度也相應(yīng)變小，而中冷器正是起到冷卻空氣的作用，高溫空氣經(jīng)過中冷器的冷卻，再進(jìn)入發(fā)動機(jī)中。如果缺少中冷器而讓增壓后的高溫空氣直接進(jìn)入發(fā)動機(jī)，則會因空氣溫度過高導(dǎo)致發(fā)動機(jī)損壞甚至死火的現(xiàn)象 。所以現(xiàn)在增壓中冷器的發(fā)展已經(jīng)越來越顯著的影響到柴油機(jī)的工作效率 熱交換器的應(yīng)用方面還有 動力工業(yè)中鍋爐設(shè)備的過熱器、省煤器、空氣預(yù)熱器．電廠熱力系統(tǒng)中的凝汽器、除氧器、結(jié)水加熱器、冷水塔；冶金工業(yè)中高爐的熱風(fēng)爐，煉鋼和軋鋼生產(chǎn)工藝中的空氣或煤氣預(yù)熱；制冷工業(yè)中蒸汽壓縮式 制冷機(jī)或吸收式制冷機(jī)中的蒸發(fā)器、冷凝器；制糖工業(yè)和造紙工業(yè)的糖液蒸發(fā)器和紙漿蒸發(fā)器，都是熱交換器的應(yīng)用實例。在化學(xué)工業(yè)和石油化學(xué)工業(yè)的生產(chǎn)過程中，應(yīng)用熱交換器的場合更是不勝枚舉。在航空航天工業(yè)中，為了及時取發(fā)動機(jī)及輔助動力裝置在運(yùn)行時所產(chǎn)生的大量熱量，熱交換器也是不可缺少的重要部件。在各個生產(chǎn)領(lǐng)域中，要挖掘能源利用的潛力，必須合理組織熱交換過程并利用和回收余熱，這往往和正確地設(shè)計與使用熱交換器密不可分。 根據(jù)熱交換器在生產(chǎn)中的地位和作用，它應(yīng)滿足多種多樣的要求。一般來說，合肥工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)論文 2 對其基本要求有： (1)滿足工藝過程所提出的要求，熱交換強(qiáng)度高，熱損失少。在有利的平均溫差下工作。 (2)要有與溫度和受力條件相適應(yīng)的不易遭到破壞的工藝結(jié)構(gòu)．制造簡單，裝修方便．經(jīng)濟(jì)合理，運(yùn)行可靠。 (3)設(shè)備緊湊。這對大型企業(yè)、航空航天、新能源升發(fā)和余熱回收裝置更有重要意義 (4)保證較低的流動阻力，以減少熱交換器的動力消耗。 隨著生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大和生產(chǎn)技術(shù)的現(xiàn)代化，熱交換器技術(shù)的研究必須滿足各種情況特殊而又條件苛刻的要求 。 因而各國在組織大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)的同時 ,都很重視熱交換器的研究 。 并組織了較強(qiáng)的專業(yè)研究中心。例如早 在 20世紀(jì) 60年代就在傳熱工程領(lǐng)域內(nèi)出現(xiàn)了有影響的兩大國際性研究集團(tuán)，即 1962 年成立的美國傳熱研究公司 (H eat Transfer Research Inc，簡稱 HTRl)和 l968 年成立的英國傳熱及流體流動服務(wù)公司 (HeaI Transfer amp。 Fluid Flow Service，簡稱 HTPS。 )在我國．也有蘭州石油機(jī)械研究所、通用機(jī)械研究所等一些單位。在熱交換器的研究和設(shè)計方面進(jìn)行了多年的工作，推動了我國熱交換器的設(shè)計和改進(jìn)、技術(shù)標(biāo)淮的制訂和推廣。 熱交換器的發(fā)展為傳熱學(xué)研究提供了日漸廣泛而深刻 的課題．而傳熱學(xué)的研究又為熱交換器在傳熱性能和設(shè)計方面提供切實有效的數(shù)據(jù)和計算方法。因此．熱交換器相傳熱機(jī)理之間的關(guān)系是互相促進(jìn)、不可分割的。當(dāng)前世界上每年發(fā)表有關(guān)傳熱及傳熱設(shè)備的文章約在六、七千篇以上，一些國際性傳熱會議、國內(nèi)學(xué)術(shù)討論會 (例如中國工程熱物理學(xué)會及各有關(guān)分會的學(xué)術(shù)討論會、有關(guān)行業(yè)的學(xué)術(shù)討論會上都有一定數(shù)量的熱交換器討論專題 )．國內(nèi)還曾多次舉行熱交換器研究的學(xué)術(shù)會議，均反映了傳熱學(xué)及傳熱設(shè)備的研究一直受到學(xué)術(shù)界和工程界的普遍重視。 20年代末期，荷蘭 WerksFoor(韋克斯浦爾 )公司成功地制 造了一臺四沖程、十字頭式、用活塞下部作增壓泵的機(jī)械增壓柴油機(jī)，并將其安裝在安格洛薩克桑石油公司的“梅加拉號”油輪上 ， 取得預(yù)期效果 。 與此同時，人們用外部傳動的羅茨鼓風(fēng)機(jī)或離心式壓氣機(jī)等來提高進(jìn)入氣缸的空氣壓力。 1927年 ,在智利海拔 1200m的一個電站 ， 有七臺 MAN公司的 B6V90 型柴油機(jī)采用了電力傳動羅獲鼓風(fēng)機(jī)增壓，每臺柴油機(jī)功率為 1100kw。 近 10多年來，隨著直噴和電控技術(shù)的出現(xiàn)，車用汽油機(jī)性能有了很大提高，合肥工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)論文 3 歐、美、日的發(fā)展趨勢相同。以日本為例，增壓車用汽油機(jī) ， 最大平均有效壓力由 1986 年的 1． 76MPa 變?yōu)?1995 年的 ，提高 38． 2％；最大升功率由1986 年的 77． 2kw/L 變?yōu)?1995 年 99． 4kw/L，提高 28． 6％。與此同時，貨車汽油機(jī)的渦輪增壓器壽命已達(dá) 100萬 km。歐、美、日的汽車排放法規(guī)越來越嚴(yán)。CO,HC,NOx 的排放值與未控制前比較：美國下降 95％、 96％和 90％；日本下降95％、 96%和 92％；歐洲下降 85％和 78％ (HC 十 NOx)。 目前，我國增壓技術(shù)已步人一個新的階段，生產(chǎn)規(guī)模、工藝水平、匹配技術(shù)等方向都有所進(jìn)步，主要表現(xiàn)在： 1)生產(chǎn)能力有較大幅度增長。 2)渦 輪增壓器性能有較大幅度改善。 3)匹配技術(shù)有較大幅度提高 . 4)增壓模擬計算技術(shù)進(jìn)入新的水平。 5)增壓中冷技術(shù)正在深入研究。 6)新型增壓系統(tǒng)正在積極開發(fā)。 內(nèi)燃機(jī)為人類做出了巨大的貢獻(xiàn)，但排放也污染了大氣。增壓是內(nèi)燃機(jī)解決排放的根本技術(shù)措施之一，大力推廣增壓技術(shù)將成為我國步人工業(yè)先進(jìn)國家行列的重要標(biāo)志 ，其中中冷器的作用很關(guān)鍵 。 課題的提出和主要任務(wù) 柴油機(jī)氣缸中的空氣密度不僅決定于增壓空氣壓力，而且還與進(jìn)入氣缸的氣溫有關(guān)。新鮮空氣在渦輪增壓器中雖提高了壓力，但氣溫也伴隨著空氣壓縮而上升，氣體熱 脹的結(jié)果抵銷了氣壓升高的一部分效果。 實踐表明：如使進(jìn)入氣缸前的增壓空氣冷卻，則柴油機(jī)增壓的效果會更好。例如，進(jìn)入氣缸的增壓空氣每降溫 10176。 C，約可使柴油機(jī)功率提高 ～ 3％，油耗降低 2～ 3 克／馬力小時 ,排氣溫度降低，柴油機(jī)受熱機(jī)件酌熱狀態(tài)得到改善．渦輪葉片也可在接受的排氣溫度下工作，這使得柴油機(jī)的工作可靠性和經(jīng)濟(jì)性有所提高。因此，在增壓器壓氣機(jī)蝸殼出口到進(jìn)入柴油機(jī)氣缸之間的空氣通道上有必要設(shè)置增壓空氣中間冷卻器 (簡稱中冷器 )。 課題 主要任務(wù)就是 在 6135 柴油機(jī)的廢氣渦輪增壓系統(tǒng)中如何 設(shè)計 配置中間空氣冷卻 器，從而使其在任何工況下都能獲得比較理想的工作狀態(tài)，并尋求在拖拉機(jī)上配用廢氣渦輪增壓柴油機(jī)的 增壓中冷器 設(shè)計成果。 合肥工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)論文 4 增壓中冷器的主要性能參數(shù) 增壓空氣流量 qmb= (kg/s) 中冷器進(jìn)口空氣溫度 Tb=160℃ 中冷器出口空氣溫度 Ts=60℃ 冷卻介質(zhì)流量 qma= (kg/s) 冷卻介質(zhì)進(jìn)口溫度 Ta1=40℃ 增壓空氣壓力損失容許值 Δ pb=3000 (Pa) 增壓空氣壓力損失容許值 Δ wp =3000 (Pa) 增壓空氣比熱容 Cpb=1009 (J/kg K) 冷卻介質(zhì)比熱容 Cpa=1002 (J/kg K) 幾何結(jié)構(gòu)尺寸 : 翅片高 H ㎜ 翅片厚度 ? ㎜ 翅片間距 S ㎜ 當(dāng)量直徑 ep ㎜ 內(nèi)距 X = ㎜ 單元有效長度 L 300 ㎜ 內(nèi)高 y = ㎜ (1) 當(dāng)量直徑 (2) 通道的自由流通面積 A 2m (3) n層通道的總傳熱面積 F 326 2m n層通道的一次傳熱面積 1F 38 2m n層通道的二次傳熱面積 2F 2m 合肥工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)論文 5 第二章 增壓中冷器的概述 中冷器 的冷卻方式及結(jié)構(gòu) 中冷器 的冷卻方式 目前應(yīng)用的中冷器都采用錯流外冷間壁式冷卻方法，根據(jù)冷卻介質(zhì)的不同，有水冷式和風(fēng)冷式兩大類。 水冷式冷 卻根據(jù)冷卻水系的不同又分以 下 兩種方式。 ① 用柴油機(jī)冷卻系的冷卻水冷卻 這種冷卻方式不需另設(shè)水路，結(jié)構(gòu)簡單。柴油機(jī)冷卻水的溫度較高，在低負(fù)荷時可對增壓空氣進(jìn)行加熱，有利于提高低負(fù)荷時的燃燒性能 。但在高負(fù)荷時對增壓空氣的冷卻效果較差。因此，這種方式只能用于增壓度不大的增壓中冷柴油機(jī)中。 ② 用獨立的冷卻水系冷卻 柴油機(jī)有兩套獨立的冷卻水系，高溫冷卻水系用來冷卻發(fā)動機(jī)，低溫冷卻水系主要用于機(jī)油冷卻器和中冷器。這種冷卻方式冷卻效果最好，在內(nèi)燃機(jī)車用、船用和固定用途柴油機(jī)中普遍應(yīng)用。 風(fēng)冷式冷卻根據(jù)驅(qū)動冷卻風(fēng)扇 的動力不同分為以上兩種方式。 ① 用柴油機(jī)曲軸驅(qū)動風(fēng)扇 這種方式適用于汽車用柴油機(jī)，把中冷器設(shè)置在冷卻水箱前而，用柴油機(jī)曲軸驅(qū)動冷卻風(fēng)扇和汽車行駛時的迎風(fēng)同時冷卻中冷器和水箱。車用柴油機(jī)普遍采用這種冷卻方式，但在低負(fù)荷時易出現(xiàn)充氣過冷現(xiàn)象。 ② 用壓縮空氣渦輪驅(qū)動風(fēng)扇 由 壓氣機(jī)分出一小股氣流驅(qū)動一個渦輪，用渦輪帶動風(fēng)扇冷卻中冷器，由于驅(qū)動渦輪的氣流流量有限，渦輪做功較少，風(fēng)扇提供的冷卻風(fēng)量較少，顯然其冷卻效果較差。 由 于增壓壓力隨負(fù)荷變化，因此這種冷卻方式的冷卻風(fēng)量也隨負(fù)荷變化，低負(fù)荷時風(fēng) 量小，高負(fù)荷時風(fēng)量大，有利于兼顧不同負(fù)荷時的燃燒性能。且其尺寸小，在車上安裝方便，在軍用車輛上也有應(yīng)用。 合肥工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)論文 6 2． 1． 2 中冷器的結(jié)構(gòu) ㈠風(fēng)冷式中冷器結(jié)構(gòu) 風(fēng)冷式中冷器是用環(huán)境空氣來冷卻增壓后的高溫空氣，由于熱側(cè)和冷側(cè)換熱介質(zhì)均為空氣，兩側(cè)的對流換熱系數(shù)在同一數(shù)量級，因此兩側(cè)的換熱面積應(yīng)大致相同，風(fēng)冷式中冷器的結(jié)構(gòu)有扁管式板翅式和管翅式幾種。扁管式中冷器在扁管外圍設(shè)有散熱片，增壓空氣在管內(nèi)流動，冷卻空氣在管外流動，山于熱氣側(cè)換熱而積太小，使中冷器傳熱效率低，應(yīng)用很少。應(yīng)用較多的是板翅式和管翅式中冷器。 ① 板翅式中冷器 板翅式中冷器的結(jié)構(gòu)是在厚 ～ 的薄金屬板之間，釬焊由厚 ～，兩端以側(cè)限制板封焊。因各層翅片方向互錯 90176。，兩個不同方向的翅片分別形成了兩種錯流換熱介質(zhì)的通道。板翅式中冷器大