【文章內(nèi)容簡介】 傳熱系數(shù)和較少的空氣阻力，其工藝性和可靠性不及圓管但優(yōu)于扁管。（2） 冷軋翅片管式中冷器冷軋翅片管是由單金屬管或內(nèi)硬外軟的雙金屬管在專用扎機(jī)上扎制而成。通常，單金屬管用紫銅或鋁；雙金屬管的內(nèi)管用黃銅，外管用鋁。雙金屬管在扎制過程中使用兩種金屬牢固的貼合在一起，幾乎沒有間隙，即使在長期振動(dòng)工作條件下也不會(huì)脫開，將翅片管用漲管法固定在端板上。整個(gè)加工過程不用焊接，不存在虛焊和長期振動(dòng)工作后的脫焊現(xiàn)象。因此，冷軋翅片管中冷器的主要優(yōu)點(diǎn)就是接觸熱阻少，傳熱系數(shù)高，工作可靠性好。其缺點(diǎn)是在同樣體積下冷卻表面積較少，空氣阻力損失較大。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)換第二章 柴油機(jī)中冷器簡介 7 熱介質(zhì)均為空氣，兩側(cè)的對(duì)流換熱系數(shù)在同一數(shù)量級(jí)，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、翅片式和管翅式幾種。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(dòng)，冷卻空氣在管外流動(dòng)。由于熱氣側(cè)換熱面積太小，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兩種型式。（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— 的薄金屬板制成的翅片，兩端以測限制板封焊。因各層翅片方向互錯(cuò) 90 度，兩個(gè)不同方向的翅片分別形成了兩種錯(cuò)流換熱介質(zhì)的通道。板翅式中冷器大多用銅和硅和金制造，它的結(jié)構(gòu)簡單，傳熱面積大，效率高。光直翅片換熱系數(shù)和阻力損失都比較小，只用在對(duì)阻力要求特別嚴(yán)格的場合。為了增強(qiáng)氣流的擾動(dòng)，破壞邊界層以強(qiáng)化傳熱，可以采用鋸齒翅片或多孔翅片等翅片型式。其中鋸齒翅片對(duì)促進(jìn)流體的湍流，破壞熱阻邊界十分有效，傳熱系數(shù)比光直翅片高 30%以上。大多數(shù)中冷器都采用鋸齒形翅片。（2） 管翅式中冷器管翅式的結(jié)構(gòu)是在板翅式結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上發(fā)展而來，其熱氣側(cè)通道是多孔的成型管材。與板翅式相比，它的主要優(yōu)勢在熱氣側(cè)。由于采用成型管材，簡化了工藝，避免了翅片和隔板之間的虛焊及工作振動(dòng)中的脫焊所造成的接觸熱阻，提高了傳熱效率和工作可靠性。其缺點(diǎn)是熱氣側(cè)只能是光直的通道，難以采用繞流措施。目前管翅式中冷器已得到了越來越多的應(yīng)用。（3） 風(fēng)冷式中冷器的構(gòu)造和工作原理（以板翅式為例） [19]1）基本單元圖 21 板翅單元 1—隔板；2—翅片；3—封條第二章 柴油機(jī)中冷器簡介 8 如圖 21 所示，隔板、翅片及封條三部分構(gòu)成了板翅式熱交換器的結(jié)構(gòu)基本單元。冷、熱流體在相鄰的基本單元體的流道中流動(dòng)，通過翅片及與翅片連成一體的隔板進(jìn)行熱交換。因而，這樣的結(jié)構(gòu)基本單元體也就是進(jìn)行熱交換的基本單元。將許多個(gè)這樣的單元體根據(jù)流體流動(dòng)方式的布置疊置起來，釬焊成一體組成板翅式熱交換器的板束或芯體。圖 22 所示為常用的逆流、錯(cuò)逆、錯(cuò)逆流板束。一般情況下，從強(qiáng)度、熱絕緣和制造工藝等要求出發(fā)，板束頂部和底部還各留有若干層假翅片層(又稱強(qiáng)度層或工藝層)。在板束兩端配置適當(dāng)?shù)牧黧w出入口封頭，即可組成一臺(tái)板翅式熱交換器，如圖 23。圖 22 不同流型的板束通道1—平板；2—翅片；3—封條；4—分配段；5—導(dǎo)流片；6—封頭；7—板束；8—封頭；9—封頭圖 23 板翅式熱交換器2）翅片的單元和形式翅片是板翅式熱交換器的最基本元件。冷熱流體之間的熱交換大部分通過翅片，小部分直接通過隔板來進(jìn)行。正常設(shè)計(jì)中，翅片傳熱面積大約為熱交換第二章 柴油機(jī)中冷器簡介 9 器總傳熱面積的 67％～88％。翅片與隔板之間的連接均為完善的釬焊，因此大部分熱量傳給翅片，通過隔板并由翅片傳給冷流體。由于翅片傳熱不像隔板那樣直接傳熱，故翅片又有“二次表面”之稱。二次傳熱面一般比一次傳熱面的傳熱效率低。但是如果沒有這些基本的翅片就成了無波紋的最簡易的平板式熱交換器了。美國加利福尼亞大學(xué)和埃姆茲航空實(shí)驗(yàn)室分別對(duì)沒有翅片和有翅片的熱交換器進(jìn)行試驗(yàn)證明，有翅片比沒有翅片的熱交換器體積減少了 18％以上。假如設(shè)計(jì)的翅片效率最低為 70％時(shí)，其重量可減少 10％。翅片除承擔(dān)主要的傳熱任務(wù)外，還起著兩隔板之間的加強(qiáng)作用。盡管翅片和隔板材料都很薄，但由此構(gòu)成的單元體的強(qiáng)度很高，能承受較高的壓力。翅片的型式很多，如：平直翅片、鋸齒翅片、多孔翅片、波紋翅片、釘狀翅片、百葉窗式翅片、片條翅片等。以下介紹其中的幾種常用型式：圖 24 常用翅片類型（a）平直翅片 （b）鋸齒式翅片 （c）多孔翅片 （d）波紋翅片①平直翅片 又稱光滑翅片，是最基本的一種翅片。圖 (a)所示為其中的一種。它可由薄金屬片滾軋(或沖壓)而成。平直翅片的特點(diǎn)是有很長的帶光滑壁的長方形翅片，當(dāng)流體在由此形成的流道中流動(dòng)時(shí)、其傳熱特性和流動(dòng)特性與流體在長的圓管中的傳熱和流動(dòng)特性相似。這種翅片的主要作用是擴(kuò)大傳熱面，但對(duì)于促進(jìn)流體湍動(dòng)的作用很少。相對(duì)于其他翅片，它的特點(diǎn)是換熱系數(shù)和阻力系數(shù)都比較小，所以宜用于要求較小的流體阻力而其自身傳熱性能又較好(如液側(cè)或發(fā)生相變)的場合。此外，翅片的強(qiáng)度要高于其他類型的翅片。故在高原板翅式換熱器中用得較多。第二章 柴油機(jī)中冷器簡介 10 ②鋸齒翅片 它可以看作平直翅片被切成許多短小的片段，相互錯(cuò)開一定的間隔而形成的間斷式翅片(圖 24(b))。這種翅片對(duì)促進(jìn)流體的湍動(dòng)，破壞熱邊界層十分有效。在壓力損失相同的條件下，它的傳熱系數(shù)要比平直翅片高30％以上，故有“高效能翅片”之稱。鋸齒形翅片傳熱性能隨翅片切開長度而變化，切開長度越短，其傳熱性能越好，但壓力降增加。在傳熱量相同的條件下，其壓力損失比相應(yīng)的平直翅片小。該種翅片普遍用于需要強(qiáng)化傳熱(尤其是氣側(cè))的場合。③多孔翅片 它是在平直翅片上沖出許多圓孔或方孔而成的(圖 (c))。多孔翅片開孔率一段在 5％～10％之間，孔徑與孔距無一定關(guān)系?？椎呐帕杏虚L方形、平行四邊形和正三角形二種，我國目前采用的多孔翅片，孔徑為Φ2．1Φ91．7，孔距為 6．5mm、3．25mm 正三角形排列。翅片上的孔使傳熱邊界層不斷破裂、更新，提高了傳熱效果。它在雷諾數(shù)比較大的范圍內(nèi)(10’一 10‘)具有比平直翅片高的換熱泵效，但在高雷諾效范圍會(huì)出現(xiàn)吸音和振動(dòng)。翅片上開孔能使流體在翅片中分布更加均勻，這對(duì)于流體中雜質(zhì)顆粒的沖刷排除是有利的。多孔翅片主要用于導(dǎo)流片及流體中夾雜顆?；蛳嘧儞Q熱的場合。④波紋翅片 它的結(jié)構(gòu)示于團(tuán) (d)上。它是在平直翅片上壓成一定的波形(如人字形，所以又稱人字形翅片)，使得流體在彎曲流道中不斷改變流動(dòng)方向，以促進(jìn)流體的湍動(dòng)，分離或破壞熱邊界層。其效果相當(dāng)于翅片的折斷，波紋愈密，波幅愈大，其傳熱性能就愈好。我國常用的組片有平直、多孔和鋸齒形翅片三種，并用漢語拼音符號(hào)和數(shù)字統(tǒng)一表示翅片的型式與幾何參數(shù)。如65PZ2103，則表示 PZ——平直翅片，65—— 翅高，21—— 節(jié)距，03—— 翅厚。如是多孔形，則為 DK，鋸齒形則為 JC，幾何參數(shù)表示法相同。(3)封條封條作用是使流體在單元體的流適中流動(dòng)而不向兩側(cè)外流。它的上下面均具有 的斜度，以便在組成板束時(shí)形成縫隙，利于釬劑滲透。它的結(jié)構(gòu)形式很多．最常用的為如圖 25 所示的燕尾形、燕尾槽形、矩形三種. 第二章 柴油機(jī)中冷器簡介 11 圖 25 封條形式 圖 26 導(dǎo)流片與封頭 圖 27 導(dǎo)流片布置的幾種形式(4)導(dǎo)流片和封頭為了便于把流體均勻地引導(dǎo)到翅片的各流道中或匯集到封頭中，一般在翅片的兩端均設(shè)有導(dǎo)流片。導(dǎo)流片也起保護(hù)較薄的翅片在制造時(shí)不受損壞和避免通道被釬劑堵塞的作用。它的結(jié)構(gòu)與多孔翅片相同，但其翅距、翅厚和小孔直徑比多孔翅片大。封頭的作用就是集聚流體，使板束與工藝管道連接起來。導(dǎo)流片與封頭的示意圖如圖 26。根據(jù)各種結(jié)構(gòu)型式的板翅式熱交換器，導(dǎo)流片可布置成如圖 27 所示的幾種型式。圖中 I 型主要是由于在熱交換器的端部有兩個(gè)以上的封頭，因此要用導(dǎo)流片把流體引導(dǎo)到端部一側(cè)的封頭內(nèi)。Ⅱ型布置是由于在熱交換器端部有三個(gè)以上的封頭，需要把一股流體引導(dǎo)到中間封頭內(nèi)。Ⅲ型布置主要是用于熱交換器端部敞開或僅有一個(gè)封頭情況下。Ⅳ型是為了滿足把封頭布置于兩側(cè)而設(shè)計(jì)的。V 型布置是為滿足管路布置需要而采用的。應(yīng)注意到設(shè)置導(dǎo)流片并不一定能完全克服流體在流道內(nèi)分配不均勻的問題，因?yàn)榉峙涫欠窬鶆蜻€與流體的狀態(tài)有關(guān)。(5)隔板與蓋板隔板材料是在母體金屬(鋁錳金屬)表面覆蓋一層厚約 ～，含硅5％～12％的釬料合金。所以又稱金屬復(fù)合板，在釬焊時(shí)合金熔化而使翅片與金屬平板焊接成整體。為了釬焊方便，可將釬料軋制成薄片再用機(jī)械方法布覆于鋁材表面，成為一種釬焊用復(fù)合板即雙金屬復(fù)合板。隔板厚度一般為 l～2mm，最簿為 。板翅式熱交換器板束最外側(cè)的板稱為蓋板，它除承受壓力外還起保護(hù)作用，所以它的厚度一般為 5～6mm。它與翅片的焊接多數(shù)采用板下加焊第二章 柴油機(jī)中冷器簡介 12 片的方法，焊片厚度與隔板復(fù)合層相同。(4)流道的布置形式 按運(yùn)行工況要求可將流體布置成逆流、順流、錯(cuò)流、錯(cuò)逆流(或稱多程流)等多種形式。 ①逆流 在板翅式熱交換器中實(shí)現(xiàn)逆流有三種型式(圖 )。其中，逆流2 型(圖 的上、中兩圖)為兩種流體的逆流布置，而 3 型(下圖)為多達(dá)五種流體的逆流布置。逆流形式用得最普遍。圖 28 逆流布置示意圖②順流 如圖 29 所示，這種流動(dòng)形式應(yīng)用較少，主要用在加熱時(shí)需要避免流體被加熱(或冷卻)到高(或低)于某一規(guī)定溫度的場合。③錯(cuò)流 如圖 210 所示，也是最基本的一種布置方式。從傳熱上考慮這種布置并無突出優(yōu)點(diǎn)，但它常能使熱交換器布置合理而被采用?？辗盅b置中將它用于一側(cè)相變或溫度變化很小的場合。④混流 在一個(gè)熱交換器中，某些流體間是錯(cuò)流，而另外一些流體間是逆流它的最大優(yōu)點(diǎn)是能同時(shí)處理幾種流體的熱交換．并合理分配各種流體的傳熱面積。采用這種形式可以將幾個(gè)熱交換器并成一個(gè)，使設(shè)備的布置更加緊湊，生產(chǎn)操作更方便，使熱(冷)量損失減少到最小程度．但它制造比較困難。在石化、氣體分離設(shè)備中被大量地采用。 圖 29 順流布置示意圖第二章 柴油機(jī)中冷器簡介 13 圖 210 錯(cuò)流布置示意圖 圖 211 錯(cuò)逆流布置示意圖 柴油機(jī)中冷器的選型原則目前用于車用柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的氣氣中冷器主要有管翅式和板翅式兩種中冷器。其選型原則主要有： 結(jié)構(gòu)簡單、緊湊； 工作可靠、成本低； 提高中冷器的換熱能力 減少中冷器的流動(dòng)阻力，以減少中冷器的動(dòng)力損失； 體積小，重量輕； 經(jīng)濟(jì)性好；第三章 中冷器的設(shè)計(jì)計(jì)算 14 第三章中冷器的設(shè)計(jì)計(jì)算中冷器的設(shè)計(jì)計(jì)算一般是根據(jù)使用要求,對(duì)于已設(shè)計(jì)好的中冷器進(jìn)行校核計(jì)算，如不能滿足要求,則重新進(jìn)行設(shè)計(jì)。計(jì)算時(shí)根據(jù)所校核的參數(shù)不同分為兩種情況：其一,主要校核散熱面積能否滿足設(shè)計(jì)要求,這種情況下具體計(jì)算時(shí)通常采用對(duì)數(shù)平均溫差法；其二,主要校核增壓空氣和冷卻介質(zhì)在中冷器出口的溫度是否在使用要求的范圍內(nèi),此時(shí)通常采用效率(E)傳熱單元數(shù)(NTU)法以上兩種情況還均需校核增壓空氣和冷卻介質(zhì)的流動(dòng)損失等參數(shù)。 云內(nèi) 4102QBZL 柴油發(fā)動(dòng)機(jī)中冷器選型 發(fā)動(dòng)機(jī)基本參數(shù)及環(huán)境參數(shù)本論文以云內(nèi) 4102QBZL 型增壓中冷柴油機(jī)為設(shè)計(jì)對(duì)象，首先查閱發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)以及工作環(huán)境參數(shù)，為中冷器的選型以及第三節(jié)中冷器的設(shè)計(jì)做準(zhǔn)備。參數(shù)見下表：表 31 云內(nèi) 4102QBZL 型增壓中冷柴油機(jī)基本參數(shù)型式 立式、直列、水冷、四沖程、增壓中冷缸數(shù)—缸徑 X 行程(mm) 4—102X115氣缸套形式 濕式燃燒室型式 直噴 w 型燃燒室活塞總排量(L) 進(jìn)氣方式 渦輪增壓、進(jìn)氣中冷最低空載穩(wěn)定轉(zhuǎn)速(r/min) ≤750壓縮比 17：1標(biāo)定功率/轉(zhuǎn)速(kw/r/min) 85/3200最低燃油消耗率(g/) ≤217最大扭矩/轉(zhuǎn)速() 320/1800~2022發(fā)動(dòng)機(jī) 強(qiáng)制循環(huán)水冷式冷卻方式中冷器 空—空冷卻排放 歐Ⅱ第三章 中冷器的設(shè)計(jì)計(jì)算 15 由發(fā)動(dòng)機(jī)的基本參數(shù)通過簡單運(yùn)算得到的已知條件和指標(biāo) [1]，如表 32 所示。表 32 通過發(fā)動(dòng)機(jī)的給定參數(shù)計(jì)算出部分簡單參數(shù)要計(jì)算的數(shù)據(jù) 計(jì)算結(jié)果 標(biāo)定功率 Pe=85 kw 標(biāo)定轉(zhuǎn)速 n=3200 r/min 缸徑 D= 行程 S= 平均有效壓力 pme= Mpa 活塞平均速度 vm= m/s 有效油耗率 be= ㎏/ 渦輪前排氣溫度 =477℃ 高速柴油機(jī)（400500℃ ）Tt設(shè)定增壓柴油機(jī)工作的環(huán)境壓力為一個(gè)大氣壓力，環(huán)境工作溫度為 30℃（假設(shè)時(shí)使增壓柴油機(jī)處于一個(gè)較高的環(huán)境溫度下）渦論的背壓比環(huán)境壓力稍高，中冷后的空氣溫度根據(jù)文獻(xiàn)一般中冷高速四沖程柴油機(jī)進(jìn)氣管內(nèi)溫度為（4060 ℃）。氣缸內(nèi)的空氣充氣系數(shù)根據(jù)文獻(xiàn)增壓高速