EGR冷卻器氣側流量均勻性分析

劉叢浩，劉崇，牛俊良，李雙辰

(1.遼寧工業大學汽車與交通工程學院，遼寧錦州 121001；2.錦州聯升汽車零部件有限公司，遼寧錦州 121000)

0 引言

EGR技術中的核心部件為EGR冷卻器，它具有將廢氣冷卻并重新導入進氣側的作用。當進入EGR冷卻器各冷卻管的氣體不均勻時，EGR冷卻器的換熱性能會明顯下降，同時背壓會有一定程度的上升，并惡化發動機的燃油經濟性[1]。同時，由于EGR冷卻器的氣體不均勻會導致冷卻管溫度梯度過大從而產生熱應力，導致EGR冷卻器的壽命大大降低。

EGR冷卻器的作用是降低發動機進氣溫度，提高進氣密度，實現動力提升和排放控制[2]。EGR冷卻器的流動均勻性對其散熱性能及可靠性有較大影響，如何提高EGR冷卻器流動均勻性就非常有意義，流動均勻性是指氣體流經EGR冷卻器時散熱管內部流量的一致程度[3]。受結構、加工工藝及氣體流動特性的影響，各散熱管的流量不可能完全相同，但是提高流動均勻性是EGR冷卻器設計者所追求的終極目標。鑒于EGR冷卻器本身結構的復雜性，以及實驗周期長、成本高的問題，運用 CFD 數值模擬技術不僅可以節省大量的人力、物力，而且其操作簡單、試驗周期短，給研究EGR冷卻器提供了一個新途徑[4]。

1 氣側各管流量分析

隨著計算機技術的不斷發展進步，計算機輔助工程(CAE)在產品開發中占有越來越重要的作用，它打破了由經驗設計到產品定型后再進行試驗的傳統設計方法[5]。利用計算機 CFD 軟件可以對EGR冷卻器內部流場進行數值模擬計算，得到模擬流場信息。因此計算機 CFD 技術成為研究流體流動特性的重要手段和方法[6]。

文中分析的工況條件見表1，流速分析如圖1所示。

表1 工況條件

圖1 流速分析圖

各管流速、質量流量及偏差對比見表2，各管質量流量偏差如圖2所示。

表2 各管流速、質量流量及偏差對比

圖2 各管質量流量偏差Dk

流動均勻性評價指標[7]計算過程如下所示：

(1)

式中：N為換熱扁管數量；Gk為第k個換熱管的質量流量，kg/h。

綜合表2中各管質量流量，計算各管平均質量流量為：

13.07 kg/h

(2)質量流量偏差Dk：第k根管的實際流量與平均流量之間的相對偏差。

(2)

經公式(2)計算，各管的質量流量偏差在表2中列出，并在圖2中進行對比。

(3)

綜合表2中各管流量偏差，計算平均質量流量偏差：

100% = 5.01%

(4)

2 結論

(1)從各管平均質量流量偏差Dk結果分析，其中靠近兩側的管1、管6偏差最大，最大偏差出現在管6為-7.58%；

(2)小偏差區域為管2、管5，最小偏差出現在管5為1.12%；