CN105508089A - Egr冷却器散热翅片 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种EGR冷却器散热翅片，包括本体，其特征在于：所述本体的截面形状为上端是两条顶斜边垂直相交，两条顶斜边的下端分别连接两条斜侧边，两条斜侧边下端分别向外侧倾斜，两条斜侧边下端还分别连接有两条下斜边，两条下斜边的下端继续向外侧倾斜，倾斜的程度大于两条斜侧边向外侧倾斜的程度。通过改善传统波纹型翅片的气流通道结构，增加XY方向的气道导向，使气流在纵向前进的同时增加了横向旋流效果，大大促进了气体紊流的产生，使翅片表面层流发生破坏，提升了产品的传热系数，达到了强化传热的效果。
Description
技术领域
本发明涉及一种板翅式EGR冷却器散热翅片，属于发动机尾气排放控制领域。
背景技术
板翅式EGR冷却器作为降低尾气排放的一种新结构后处理装置，其出色的散热效率，紧凑的结构布局，越来越受发动机厂家青睐，成为主机厂应对国家环保要求，降低尾气排放最优选的方案之一。
目前国内板翅式EGR冷却器的产品的翅片主流是矩形截面结构(如图1所示)，这种翅片结构相对强度较高，因流体在弯曲的流道中不断改变流向，可以较好地促进紊流的生成，有较高的散热效率。但是，由于仅有Y向的压力作用二次流产生，对主流的SOF抗沉积效果不够理想，并且，波纹的深度和密度直接影响产品的气体阻抗性能。
发明内容
本发明需要解决的技术问题是提供一种较高散热效率的EGR冷却器散热翅片。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案如下。
一种EGR冷却器散热翅片，包括本体，本体的截面形状为上端是两条顶斜边垂直相交，两条顶斜边的下端分别连接两条斜侧边，两条斜侧边下端分别向外侧倾斜，两条斜侧边下端还分别连接有两条下斜边，两条下斜边的下端继续向外侧倾斜，倾斜的程度大于两条斜侧边向外侧倾斜的程度。
有益效果：本发明通过改善传统波纹型翅片的气流通道结构，增加XY方向的气道导向，使气流在纵向前进的同时增加了横向旋流效果，大大促进了气体紊流的产生，使翅片表面层流发生破坏，提升了产品的传热系数，达到了强化传热的效果。同时，由于紊流的冲刷作用，对翅片壁上积碳有一定的降低效果，从而提升了产品的耐久性和可靠性。
附图说明
图1为矩形截面结构波纹翅片图；
图2为本发明截面结构波纹翅片图；
图3为矩形截面波纹翅片单通道结构图；
图4为本发明截面波纹翅片单通道结构图；
图5为原结构翅片单通道剖面图；
图6为本发明翅片单通道剖面图；
图7为矩形截面结构波纹翅片网格处理效果；
图8为本发明截面结构波纹翅片网格处理效果；
图9为翅片搭载后产品网格处理效果；
图10为矩形截面结构波纹翅片纵向温度分布；
图11为本发明截面结构波纹翅片纵向温度分布；
图12为原结构翅片截面温度分布图；
图13为本发明结构翅片截面温度分布图；
图14为原结构翅片截面速度矢量图；
图15为本发明结构翅片截面速度矢量图。
图中：1—本体、2—顶斜边、3—斜侧边、4—下斜边。
具体实施方式
一种EGR冷却器散热翅片，包括本体1，本体1的截面形状为上端是两条顶斜边2垂直相交，两条顶斜边2的下端分别连接两条斜侧边3，两条斜侧边3下端分别向外侧倾斜，两条斜侧边3下端还分别连接有两条下斜边4，两条下斜边4的下端继续向外侧倾斜，倾斜的程度大于两条斜侧边向外侧倾斜的程度。
本发明针对传统的矩形截面波纹形翅片(图1)进行外形的优化，将气体流道的截面结构从原有的矩形截面气道结构(图3、5)变更为现在的截面(图4、6)。具体为在原有的Z向正弦波纹状矩形截面气道的基础上，通过上端两条顶斜边2垂直相交，使得在XY方向设置45度斜面，使气流除了沿着Z向前进，Y向偏移的同时，还在X向形成一定的二次旋流，叠加于Y向和主流之上。由于结构的优化，使新结构水力直径dh降低，对图5、6进行水力直径计算，结果图5结构水力直径dh1＝2.7mm,图6结构水力直径dh2＝1.82mm，[水力直径(hydraulicdiameter)：是在管内流动(internalpipeflow)中引入的，其目的是为了给非圆管流动取一个合适的特征长度来计算其雷诺数，常用表达式是：4A/P，即四倍的横截面面积(A)除以周长(P)。]区域气流扰动大大增强，破坏了传热边界层，很好地提高了传热系数h。并且，对气道内部SOF的沉积起到了很好的冲刷，耐堵性能进一步提升，对气体的阻抗有一定的优化。此外，相对于原结构，新结构参与热交换的接触面积有较大的提升，提高了表面积A值，这样也很好的强化了产品的散热，优化后的翅片结构如图2所示。
为了验证优化设计后产品的实际效果，将两种翅片用3D造型软件CREO分别提取一个气体流道进行产品结构的搭建(效果如图3、图4所示)，然后CAE分析软件HYPERMESH对两种结构的产品3D进行网格细化处理，分别给予传统矩形截面翅片模型22万体网格，异形翅片模型24万体网格处理，处理效果如图7、图8所示。然后，用STAR-CCM+(CAE分析软件)分别给予两种模型同样的边界条件(气体入口流量Q1＝25kg/h,入口温度T1＝450℃,冷却水入口流量Q2＝30L/min,冷却水入口温度T2＝85℃)进行流固耦合计算(图9)，结果如下：
①Z向分布：原技术方案(图10)气体温度447.96℃降低到87.57℃，气流从整个散热管的Z向热分布如图所示，气体进入气道，原始结构的高温气体经冷却后，温度梯度在整个Z向较为平顺，高温气体X向热交换较弱，高温中心分布，边界层作用明显，在出口处仍有部分250℃左右的气流团；改进后本发明结构(图11)的气流Z向剧烈降温，温度梯度明显，气道边界明显受到破坏，温度边界在X向大大弱化，出口气流普遍分布在200℃以下。
②XY向分布：分别在近出口处取等距截面进行温度场和速度场分析，如图12，原技术方案结构废气最高温度为230.82℃，最低温86.87℃，气体温度梯度由中心偏左成太阳状圆形向外逐级递减，边界层明显，近200℃，冷流体侧温度较低；本发明的新结构(图13)散热后温度为214.15℃，最低温85.76℃，高温气体因为扰流作用产生二次流(图14、15)，核心高温区被气旋分解成2个高温核心区(图13中2个块状区域)，然后温度梯度逐级向外递减，大大提升了温降效果。
经计算，两种结构截面处散热功率分别为3kw和3.2kw。同时，对冷流体进行分析，数据显示，原方案和改进方案的最高截面温度分别为96.2℃和98.2℃。为了充分对比2种结构翅片的性能，我们对它们分别设定3种工况进行模拟分析，具体数据如表1、表2所示。根据表中相关结果，得出：本发明产品的性能明显提高。
表1：原技术方案矩形截面结构翅片性能数据
表中：Q1表示气体入口流量，Q2表示冷却水入口流量，单位：kg/h；T1表示入口温度，T2表示冷却水入口温度。
表2：本发明截面结构翅片性能数据
Claims (1)
1.一种EGR冷却器散热翅片，包括本体，其特征在于：所述本体的截面形状为上端是两条顶斜边垂直相交，两条顶斜边的下端分别连接两条斜侧边，两条斜侧边下端分别向外侧倾斜，两条斜侧边下端还分别连接有两条下斜边，两条下斜边的下端继续向外侧倾斜，倾斜的程度大于两条斜侧边向外侧倾斜的程度。
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| CN201610046256.5A CN105508089A (zh) | 2016-01-24 | 2016-01-24 | Egr冷却器散热翅片 |
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| CN201610046256.5A Pending CN105508089A (zh) | 2016-01-24 | 2016-01-24 | Egr冷却器散热翅片 |
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Cited By (1)
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2016
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