采用热超导技术的车用中冷器设计

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1、成都，2007年8月中国内燃机学会燃烧净化节能分会2007年学术年会论文集采用热超导技术的车用中冷器设计黎长青，黎薇，彭忆强(西华大学交通与汽车工程学院，成都610039）摘要：本文描述了热超导元件(热管)的工作原理，根据高效中冷器的设计要求，以及热管所具有的导热特性，按照车用增压内燃机的要求进行了热管中冷器的热力学设计计算，以Simulink为仿真环境建立了热管中冷器的模型并进行了仿真，结果显示热超导技术在增压内燃机中应用的可行性和优越性。关键词：热管；热超导技术；中冷器；增压内燃机近年来车用内燃机采用排气涡轮增压技术日益较大的传热率。增

2、多。增压的作用就是通过提高进气压力使进入气1.2热管换热器的概述缸的空气密度增加，从而增加空气量,提高内燃机输热管能极其方便地在热源和冷源间实现热传出功率。递，把若干支热管按需要组成一体，置于热、冷源在给定的增压压力下，增压空气温度每下降10间，便能把热源中的热量源源不断地传给冷源。因度,其密度增加3%，发动机功率增加3-5%。或者在相而，这种热管元件的组装体便称为热管换热器。同的功率下，燃料消耗减少1.5%，可使最高燃烧温车用增压内燃机在怠速时增压器是不工作的，度和整个循环的平均温度下降3度。进气冷却对增压该中冷器冷却介质是车外空气，所以

3、该中冷器不需发动机的动力性、经济性及对排气净化程度都有较要外加风扇。大的提高，因此增压中冷是柴油机发展的关键性技2热管中冷器的设计计算术之一。2.1热管中冷器的原始数据本文以热管为导热元件设计出更高效的中冷根据一般增压发动机中冷器的要求我们选取进出口器，以Simulink为仿真环境建立了热管中冷器的模[]1型，进行了仿真验证其可行性。热力参数的范围，选取极限值进行计算1热管及热管换热器的工作原理增压空气量：0.25kg/s–0.35kg/s（q）1.1热管工作原理mh中冷器进口空气压力：0.1MPa–0.35MPa(P)典型的热管结构如图1

4、所示。先将管密封，抽成h1oo−1−4增压空气进口温度100c--170c(th1)3.1×10~3.1×10p的负压，在此状态下充入ao增压空气出口温度60c(t)一定量的液体(即工质)，管的内壁有同心圆筒式的h2车速：10km/h–120km/h(v)金属丝网(或其他多孔介质)称为吸液芯，吸液芯内coo冷却空气进口温度：0c--40c(t)充满液体工质，当热管的一端受热后，吸液芯中的c1增压空气压力损失允许值：12000Pa(ΔP)液体因吸收外界热量而迅速汽化为蒸汽，在微小压h冷却空气压力损失允许值：2000Pa(ΔP)差下流向热管的另

5、一端，在向外界放出热量后冷凝c2.2热管参数及排列方式确定成为液体，该液体借助于贴壁金属网的毛细抽吸力根据此换热器的工作温度选用水为热管工质，返回到加热段，并再次受热汽化。如此不断循环，管壳材料为无氧铜，翅片材料为铝翅片，铜管与翅热量就从管的一端传向另一端。由于是相变传热，片采用胀管法接触。这种热管参数为：而且热管内部热阻很小，所以能以较小的温差获得光管外径d=.0016m0作者简介：黎长青（1981－），男，江苏扬州人，硕士研究生，研究方向：发动机传热、汽车电子技术等。E-mail:lissor2004@126.com热管全长l=5.0m

6、'Δt1−Δt2oΔt==534.cm热端长lh=.035mlnΔt1Δt冷端长l=.015m2c热管内径di=.0014mΔ=Δ'×Φ=51ottcmm翅片厚度δ=.00003mf因所设计的热管中冷器是一次交叉流，所以逆翅片间距s=.00017m流的计算结果需要修正，修正系数为Φ翅片数n=75，n=175。hc4求总换热系数UH中冷器尺寸a×b×l1)求管束的最小流通截面积NFA热管中冷器管子排列方式如图2-1热侧：NFA=A−δnb−(l−δn)dBhhotfhhfhoh2=.000867mAhot为单根热管热侧总表面积；图2—1翅片结

7、构B为增压空气流过的管排数估算时可以先取14h2.3传热计算简介冷侧:NFA=A−δna−(l−δn)dBccoldfccfcoc1计算传热量Q2th1+th2o=.008043m增压空气定性温度t==115cmh2A为单根热管热侧总表面积；cold2)增压空气放热量QhB为冷却空气流过的管排数，取3cQ=qc(t−t)=424.KWhmhphh1h22）流体最大质量流速Gmaxc=.1009J/(kg.k)phqmh2热侧：G==40.37kg/(ms).maxh4)冷空气实际获得热量QcNFAh考虑6%的热损失,故：Q=399.KWcq

8、Avmccc2冷侧：G===28.91kg/(ms).maxcNFANFA2冷空气出口温度t及对数平均温差Δtccc2mQcQco3）求R(d取外管径)1)t=t+=t+=58c