发动机热管式中冷器热力性能优化设计研究

论文摘要

摘要：随着柴油机功率密度的不断提高,增压中冷作为提高发动机动力性、经济型和排放性的重要手段,越来越多地应用到高强化柴油机的开发中。增压的作用就是通过提高进气压力使进入气缸的空气密度增加,从而增加充气量,但是随着增压强度的增大,进气温度的显著升高阻碍了内燃机性能的进一步改善。中冷器是实现进气冷却的关键部件,因此,一些著名的中冷器生产商及其研究机构,不惜投入巨大的人力物力资源,以期研制开发出更先进、更完善的中冷器产品。基于高效中冷器的设计要求和热管换热器的特点及其广泛的应用,针对大功率柴油机增压中冷系统中的换热元件,采用热管散热技术不失为一项有意义的探索。本文根据传热学理论,通过对热管换热器和中冷器的设计计算方法的归纳与总结,运用Visual Basic语言编制了热管式中冷器的热力设计计算程序,实现了热管式中冷器的程序化设计。本文对空-空中冷器的特性做了分析,确立了中冷器热力性能优化设计的数学模型,同时基于优化理论的发展,对换热器结构优化设计的方法进行了研究,将自适应遗传算法应用到热管式中冷器的热力性能优化设计中,利用Visual Basic编制了优化算法模块。针对某型号柴油机管翅式中冷器设计要求,利用优化设计程序确定了热管式中冷器的结构尺寸,并分析了热管换热器各结构参数对其热力性能的影响,为热管式中冷器热力性能优化参数的选取提供了理论依据。利用优化设计程序设计了与某管翅式中冷器相同芯体尺寸的热管式中冷器,将热管式中冷器和该管翅式中冷器的热力性能进行对比分析,证实了热管式中冷器的应用优势及可行性。本文对一台光管热管式换热器进行了台架性能试验。用所测得的试验数据修正了准则方程,并验证了修正方程的准确性。运用优化设计程序设计了翅片管热管式换热器,发现在满足同样热力性能要求的前提下,翅片管热管式换热器的芯体体积只占光管热管式换热器芯体体积的22.58%。

论文目录

• 致谢
• 中文摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 研究的背景及意义
• 1.2 发动机中冷器的研究现状
• 1.2.1 中冷器的冷却方式
• 1.2.2 冷却方法的比较
• 1.2.3 中冷器的布置形式
• 1.2.4 中冷器的发展
• 1.3 热管式换热器的发展及应用
• 1.3.1 热管的产生与发展
• 1.3.2 热管式换热器的应用
• 1.4 中冷器的优化设计
• 1.4.1 优化理论和发展
• 1.4.2 优化理论在中冷器设计中的应用
• 1.5 研究内容
• 1.5.1 热管式中冷器热力性能评价指标研究
• 1.5.2 热管式中冷器热力性能优化设计的理论分析及程序设计
• 1.5.3 热管式换热器的试验研究
• 2 空-空热管式中冷器的热力设计计算
• 2.1 热管式中冷器热力计算模型
• 2.1.1 热力设计基本原则
• 2.1.2 热力计算模型
• 2.2 设计程序编写
• 2.2.1 Visual Basic软件简介
• 2.2.2 程序模块
• 2.2.3 程序设计过程分析
• 2.3 程序可靠性验证
• 2.4 本章小结
• 3 空-空热管式中冷器热力性能优化设计软件开发
• 3.1 中冷器的热力性能评价指标
• 3.1.1 评价换热器热力性能的主要技术指标及其影响因素
• 3.1.2 换热器性能评价方法
• 3.1.3 空-空中冷器特性研究
• 3.2 数学模型的建立
• 3.3 优化方法的选择
• 3.3.1 现代的主要优化方法概述
• 3.3.2 遗传算法与其他进化算法的比较
• 3.3.3 自适应遗传算法
• 3.4 优化设计程序编写
• 3.5 程序界面
• 3.6 软件的通用性扩展
• 3.7 本章小结
• 4 优化设计软件在中冷器设计中的应用
• 4.1 自适应遗传算法原始设计
• 4.1.1 群体大小
• 4.1.2 编码
• 4.1.3 适应度函数
• 4.1.4 选择算子
• 4.1.5 交叉算子
• 4.1.6 变异算子
• 4.1.7 终止代数
• 4.2 中冷器设计算例分析
• 4.2.1 中冷器设计参数
• 4.2.2 优化设计结果分析
• 4.2.3 自适应遗传算法与一般遗传算法结果比较
• 4.2.4 热管式中冷器最终尺寸的确定
• 4.3 热管式中冷器结构参数对换热性能的影响分析
• 4.3.1 热管外径对换热性能的影响
• 4.3.2 蒸发侧冷凝侧长度比对换热性能的影响
• 4.3.3 翅片间距对换热性能的影响
• 4.3.4 翅片厚度对换热性能的影响
• 4.4 热管式中冷器与原管翅式中冷器的性能对比
• 4.6 本章小结
• 5 热管式换热器试验研究
• 5.1 热管式换热器热力性能试验
• 5.1.1 结构设计分析
• 5.1.2 试验原理和步骤
• 5.2 试验结果的分析计算
• 5.3 热管式换热器的优化分析
• 5.4 本章小结
• 6 结论
• 6.1 总结
• 6.2 建议
• 参考文献
• 作者简历
• 学位论文数据集