EGR冷却器气侧流量均匀性分析

刘丛浩，刘崇，牛俊良，李双辰

(1.辽宁工业大学汽车与交通工程学院，辽宁锦州 121001；2.锦州联升汽车零部件有限公司，辽宁锦州 121000)

0 引言

EGR技术中的核心部件为EGR冷却器，它具有将废气冷却并重新导入进气侧的作用。当进入EGR冷却器各冷却管的气体不均匀时，EGR冷却器的换热性能会明显下降，同时背压会有一定程度的上升，并恶化发动机的燃油经济性[1]。同时，由于EGR冷却器的气体不均匀会导致冷却管温度梯度过大从而产生热应力，导致EGR冷却器的寿命大大降低。

EGR冷却器的作用是降低发动机进气温度，提高进气密度，实现动力提升和排放控制[2]。EGR冷却器的流动均匀性对其散热性能及可靠性有较大影响，如何提高EGR冷却器流动均匀性就非常有意义，流动均匀性是指气体流经EGR冷却器时散热管内部流量的一致程度[3]。受结构、加工工艺及气体流动特性的影响，各散热管的流量不可能完全相同，但是提高流动均匀性是EGR冷却器设计者所追求的终极目标。鉴于EGR冷却器本身结构的复杂性，以及实验周期长、成本高的问题，运用 CFD 数值模拟技术不仅可以节省大量的人力、物力，而且其操作简单、试验周期短，给研究EGR冷却器提供了一个新途径[4]。

1 气侧各管流量分析

随着计算机技术的不断发展进步，计算机辅助工程(CAE)在产品开发中占有越来越重要的作用，它打破了由经验设计到产品定型后再进行试验的传统设计方法[5]。利用计算机 CFD 软件可以对EGR冷却器内部流场进行数值模拟计算，得到模拟流场信息。因此计算机 CFD 技术成为研究流体流动特性的重要手段和方法[6]。

文中分析的工况条件见表1，流速分析如图1所示。

表1 工况条件

图1 流速分析图

各管流速、质量流量及偏差对比见表2，各管质量流量偏差如图2所示。

表2 各管流速、质量流量及偏差对比

图2 各管质量流量偏差Dk

流动均匀性评价指标[7]计算过程如下所示：

(1)

式中：N为换热扁管数量；Gk为第k个换热管的质量流量，kg/h。

综合表2中各管质量流量，计算各管平均质量流量为：

13.07 kg/h

(2)质量流量偏差Dk：第k根管的实际流量与平均流量之间的相对偏差。

(2)

经公式(2)计算，各管的质量流量偏差在表2中列出，并在图2中进行对比。

(3)

综合表2中各管流量偏差，计算平均质量流量偏差：

100% = 5.01%

(4)

2 结论

(1)从各管平均质量流量偏差Dk结果分析，其中靠近两侧的管1、管6偏差最大，最大偏差出现在管6为-7.58%；

(2)小偏差区域为管2、管5，最小偏差出现在管5为1.12%；