毕业设计（论文）-柴油机空冷器的设计.doc

合肥工业大学本科毕业论文摘要柴油机气缸中的空气密度不仅决定于增压空气压力，而且还与进入气缸的气温有关。新鲜空气在涡轮增压器中虽提高了压力，但气温也伴随着空气压缩而上升，气体热胀的结果抵销了气压升高的一部分效果。实践表明：如使进入气缸前的增压空气冷却，则柴油机增压的效果会更好。例如，进入气缸的增压空气每降温10°C，约可使柴油机功率提高2.53，油耗降低23克马力小时,排气温度降低，柴油机受热机件酌热状态得到改善涡轮叶片也可在接受的排气温度下工作，这使得柴油机的工作可靠性和经济性有所提高。因此，在增压器压气机蜗壳出口到进入柴油机气缸之间的空气通道上有必要设置增压空气中间冷却器(简称中冷器)。课题主要任务就是在6135柴油机的废气涡轮增压系统中如何设计配置中间空气冷却器，从而使其在任何工况下都能获得比较理想的工作状态，并寻求在拖拉机上配用废气涡轮增压柴油机的增压中冷器设计成果。关键词：柴油机；空冷器；涡轮增加合肥工业大学本科毕业论文AbstractCylinderdieselengineintheairdensityisdeterminednotonlyboostairpressure,butalsowiththetemperatureintothecylinder.Freshairinwhileintheturbochargerincreasespressure,compressedairisaccompaniedbytemperaturerise,theresultofthermalexpansionofgasmorethanoffsetthehigherpartofthepressureeffect.Practiceshowsthat:ifsopressurizedairintothecylinderbeforethecooling,thesuperchargeddieselenginewithbetterresults.Forexample,pressurizedairintothecylindereverycool10°C,aboutdieselpowercouldincrease2.5to3%,fuelconsumptiondecreased2to3g/hp-hr,lowerexhausttemperature,engineheattoheatthediscretionofthestatetoimproveparts.Turbinebladescanalsobeacceptedtoworkundertheexhausttemperature,whichmakestheengineworkhasincreasedthereliabilityandeconomy.Therefore,scrollturbochargercompressorcylinderdieselexportstoentertheairchannelbetweentheneedtosetthepressurizedairintercooler(theintercooler).Themaintaskistoissueemission6135dieselturbosystem,howtodesignconfigurethemiddleoftheaircooler,sothatitcanbeinanyconditionmoresatisfactoryworkingconditions,andseekthetractorisequippedwithexhaustgasturbochargerTurbochargeddieselenginedesignresults.Keywords:dieselengine；aircooler；turbinetoincrease合肥工业大学本科毕业论文目录第一章引言···························11.1本课题的意义及现阶段发展的趋势············11.2课题的提出和主要任务··················31.3增压中冷器的主要性能参数················4第二章增压中冷器的概述····················52.1中冷器的冷却方式及结构·················52.1.2中冷器的冷却方式···················5212中冷器的结构····················622板翅式热交换器的构造和工作原理············723增压中冷器采用板翅式结构的优缺点···········14第三章中冷器的设计计算····················153.1原始参数·························1532几何结构尺寸确定和计算:················163.3传热系数计算·······················173.4用对数平均温差法校核散热面积··············193.5用效率()传热单元数(NTU)法校核增压···········193.7压力校核·························20第四章结论···························21参考文献·····························22致谢······························23合肥工业大学本科毕业论文1第一章引言1.1本课题的意义及现阶段发展的趋势能源是我国国民经济的基础,“九五”期间我国大力推进节能技术进步,加强节能管理取得了显著的成绩,但与世界先进水平相比仍有相当大的差距。缺电、缺水、缺油严重。节约能源成为各国的当务之急，当然实现节能的手段是多种多样,由于世界上燃煤、石油、天然气资源储量有限而面临着能源短缺的局面，各国都在致力于新能源开发，因而热交换器的应用又与能源的开发(如太阳能、地热能、海洋热能)与节约紧密相联系。所以，热交换器的应用遍及动力、冶金、化工、炼油、建筑、机械制造、食品、医药及航空航天等各工业部门有它不但是一种广泛应用的通用设备并且在某些工业企业中占有很重要的地位。中冷器在工业生产中的应用极为普通，例如涡轮增压的发动机为何会比普通发动机拥有更大的动力，其中原因之一就是其换气的效率比一般发动机的自然进气更高。当空气进入涡轮增压后其温度会大副升高，密度也相应变小，而中冷器正是起到冷却空气的作用，高温空气经过中冷器的冷却，再进入发动机中。如果缺少中冷器而让增压后的高温空气直接进入发动机，则会因空气温度过高导致发动机损坏甚至死火的现象。所以现在增压中冷器的发展已经越来越显著的影响到柴油机的工作效率热交换器的应用方面还有动力工业中锅炉设备的过热器、省煤器、空气预热器电厂热力系统中的凝汽器、除氧器、结水加热器、冷水塔；冶金工业中高炉的热风炉，炼钢和轧钢生产工艺中的空气或煤气预热；制冷工业中蒸汽压缩式制冷机或吸收式制冷机中的蒸发器、冷凝器；制糖工业和造纸工业的糖液蒸发器和纸浆蒸发器，都是热交换器的应用实例。在化学工业和石油化学工业的生产过程中，应用热交换器的场合更是不胜枚举。在航空航天工业中，为了及时取发动机及辅助动力装置在运行时所产生的大量热量，热交换器也是不可缺少的重要部件。在各个生产领域中，要挖掘能源利用的潜力，必须合理组织热交换过程并利用和回收余热，这往往和正确地设计与使用热交换器密不可分。根据热交换器在生产中的地位和作用，它应满足多种多样的要求。一般来说，合肥工业大学本科毕业论文2对其基本要求有：(1)满足工艺过程所提出的要求，热交换强度高，热损失少。在有利的平均温差下工作。(2)要有与温度和受力条件相适应的不易遭到破坏的工艺结构制造简单，装修方便经济合理，运行可靠。(3)设备紧凑。这对大型企业、航空航天、新能源升发和余热回收装置更有重要意义(4)保证较低的流动阻力，以减少热交换器的动力消耗。随着生产规模的扩大和生产技术的现代化，热交换器技术的研究必须满足各种情况特殊而又条件苛刻的要求。因而各国在组织大规模工业生产的同时,都很重视热交换器的研究。并组织了较强的专业研究中心。例如早在20世纪60年代就在传热工程领域内出现了有影响的两大国际性研究集团，即1962年成立的美国传热研究公司(HeatTransferResearchInc，简称HTRl)和l968年成立的英国传热及流体流动服务公司(HeaITransfer&FluidFlowService，简称HTPS。)在我国也有兰州石油机械研究所、通用机械研究所等一些单位。在热交换器的研究和设计方面进行了多年的工作，推动了我国热交换器的设计和改进、技术标淮的制订和推广。热交换器的发展为传热学研究提供了日渐广泛而深刻的课题而传热学的研究又为热交换器在传热性能和设计方面提供切实有效的数据和计算方法。因此热交换器相传热机理之间的关系是互相促进、不可分割的。当前世界上每年发表有关传热及传热设备的文章约在六、七千篇以上，一些国际性传热会议、国内学术讨论会(例如中国工程热物理学会及各有关分会的学术讨论会、有关行业的学术讨论会上都有一定数量的热交换器讨论专题)国内还曾多次举行热交换器研究的学术会议，均反映了传热学及传热设备的研究一直受到学术界和工程界的普遍重视。20年代末期，荷兰WerksFoor(韦克斯浦尔)公司成功地制造了一台四冲程、十字头式、用活塞下部作增压泵的机械增压柴油机，并将其安装在安格洛·萨克桑石油公司的“梅加拉号”油轮上，取得预期效果。与此同时，人们用外部传动的罗茨鼓风机或离心式压气机等来提高进入气缸的空气压力。1927年,在智利海拔1200m的一个电站，有七台MAN公司的B6V90型柴油机采用了电力传动罗获鼓风机增压，每台柴油机功率为1100kw。近10多年来，随着直喷和电控技术的出现，车用汽油机性能有了很大提高，合肥工业大学本科毕业论文3欧、美、日的发展趋势相同。以日本为例，增压车用汽油机，最大平均有效压力由1986年的176MPa变为1995年的2.00MPa，提高382；最大升功率由1986年的772kw/L变为1995年994kw/L，提高286。与此同时，货车汽油机的涡轮增压器寿命已达100万km。欧、美、日的汽车排放法规越来越严。CO,HC,NOx的排放值与未控制前比较：美国下降95、96和90；日本下降95、96%和92；欧洲下降85和78(HC十NOx)。目前，我国增压技术已步人一个新的阶段，生产规模、工艺水平、匹配技术等方向都有所进步，主要表现在：1)生产能力有较大幅度增长。2)涡轮增压器性能有较大幅度改善。3)匹配技术有较大幅度提高.4)增压模拟计算技术进入新的水平。5)增压中冷技术正在深入研究。6)新型增压系统正在积极开发。内燃机为人类做出了巨大的贡献，但排放也污染了大气。增压是内燃机解决排放的根本技术措施之一，大力推广增压技术将成为我国步人工业先进国家行列的重要标志，其中中冷器的作用很关键。1.2课题的提出和主要任务柴油机气缸中的空气密度不仅决定于增压空气压力，而且还与进入气缸的气温有关。新鲜空气在涡轮增压器中虽提高了压力，但气温也伴随着空气压缩而上升，气体热胀的结果抵销了气压升高的一部分效果。实践表明：如使进入气缸前的增压空气冷却，则柴油机增压的效果会更好。例如，进入气缸的增压空气每降温10°C，约可使柴油机功率提高2.53，油耗降低23克马力小时,排气温度降低，柴油机受热机件酌热状态得到改善涡轮叶片也可在接受的排气温度下工作，这使得柴油机的工作可靠性和经济性有所提高。因此，在增压器压气机蜗壳出口到进入柴油机气缸之间的空气通道上有必要设置增压空气中间冷却器(简称中冷器)。课题主要任务就是在6135柴油机的废气涡轮增压系统中如何设计配置中间空气冷却器，从而使其在任何工况下都能获得比较理想的工作状态，并寻求在拖拉机上配用废气涡轮增压柴油机的增压中冷器设计成果。合肥工业大学本科毕业论文41.3增压中冷器的主要性能参数增压空气流量qmb=0.57(kg/s)中冷器进口空气温度Tb=160中冷器出口空气温度Ts=60冷却介质流量qma=1.14(kg/s)冷却介质进口温度Ta1=40增压空气压力损失容许值pb=3000(Pa)增压空气压力损失容许值wp=3000(Pa)增压空气比热容Cpb=1009(J/kg·K)冷却介质比热容Cpa=1002(J/kg·K)几何结构尺寸:翅片高H9.5翅片厚度0.2翅片间距S1.4当量直径ep2.12内距X1.4-0.2=1.2单元有效长度L300内高y9.5-0.2=9.3(1)当量直径2.12m(2)通道的自由流通面积A0.5122m(3)n层通道的总传热面积F3262mn层通道的一次传热面积1F382mn层通道的二次传热面积2F288.72m