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板翅式机油冷却器传热性能和阻力特性的实验点击：2086 日期：[ 2014-04-26 22:13:48 ] |
| 板翅式机油冷却器传热性能和阻力特性的实验 1.王迎新 1.武占华 2.李世奇 1.邢 辉 1.段树林 (1.大连海事大学轮机工程学院,辽宁大连 116026;2.大连三丰换热器有限公司,辽宁大连 116000) 摘要:选取了发动机机油冷却器的4个主要厂家生产的同一型号的8个板翅式机油冷却器进行了传热和阻力特性的实验研究.结果表明,由于生产工艺的不同,机油冷却器的传热性能和阻力特性有较大的差异.根据机油冷却器传热性能和阻力特性的实验数据拟合了换热量、阻力、传热系数随机油流速的变化关系,可为机油冷却器的结构设计及选型提供依据. 关键词:板翅式冷却器;传热性能;阻力特性;结构设计 中图分类号:ＴＫ414.212;Ｏ414.1 文献标识码:Ａ 0 引 言 板翅式换热器中的传热过程主要是通过翅片的热传导以及翅片与流体之间的热对流来完成的.板翅式换热器具有紧凑、高效等优点,在许多行业得到了广泛应用[1-2].高速车用发动机机油冷却器几乎全部采用板翅式换热器.由于板翅式换热器换热面形状复杂,壁面极薄,流体通道狭窄,通道内流体流动和传热规律十分复杂[2].其换热效率、压降、质量这3个指标之间相互矛盾、相互制约,具有不确定性[4].目前,对板翅式换热器结构和性能改进大都采用实验研究的方法,得出经验关联式[2,3].但由于采用现行的生产工艺加工的翅片毛刺、焊接过程翅片的微小错位等因素对板翅式换热器性能有重要的影响,现有的某些关联式与实际情况相差很大[3,5]. 本文选取目前国内生产车用发动机机油冷却器的4个主要厂家生产的同一型号的8个机油冷却器(每个厂家选取2个),按照内燃机机油冷却器传热性能试验方法[6]进行了传热和阻力特性的实验研究,根据实验数据拟合机油冷却器的传热性能、阻力特性以及换热系数与机油流速之间的关系. 1 实验装置与实验方法 1.1 实验装置 研究所用的是错列板翅式机油冷却器,油侧为错列翅片,水侧无翅片,机油冷却器装在壳体中,两种流体逆向流动.壳体用绝热材料包扎,以防止水侧向外散热.实验装置示意图如图1所示,由管路系统和测控系统组成.其中管路系统由油箱、水箱、油泵、水泵、油加热器、水加热器、压差计、流量计等主要器件组成.热介质为ＣＤ40中增压柴油机机油,冷介质为清水.冷、热介质均采用电加热,加热过程对冷、热介质温度采集用Ａｇｉｌｅｎｔ34970Ａ数据采集仪,温度的控制采用无级调节装置,温度波动在±0.1℃之内.冷、热介质的流量测量采用精度为1级的涡轮流量计.机油进、出口压差采用ＨＯＮ ＯＷＹ-5型压差计,1级精度. 1.2 实验方法 本实验测试段机油进口温度和水进口温度分别控制在120±1℃和90±1℃,水流速为1.75ｍ/ｓ.实验中保持水流量不变,通过改变机油流速测量、计算机油放热量、水吸热量、油侧压差. 测试段机油进、出口温度测量采用分度为1/10的标准水银温度计,水进、出口温度测量采用分度为1/50的标准水银温度计.实验开始前,油箱中的油和水箱中的水均为室温. 实验开始后,先将油箱和水箱中的流体加热到工作温度.在测试段,油和水作逆向流动,高温油被低温水冷却后回到油箱中重新加热,加热后被油泵输送到测试段,形成油路循环.低温水被高温油加热后在管路中自然冷却至工作温度以下,在水箱中重新加热,加热后被水泵输送到测试段,形成水路循环.机油流量的调节通过机油旁通阀的开度控制.机油放热流量Ｑｏ=ｖｏＡｏρｏｃｐｏ(ｔｏ1-ｔｏ2).式中:Ｑｏ为机油的放热量,ｋＷ;ｖｏ为机油的流速,ｍ/ｓ;Ａｏ为机油的流通截面积,ｍ2;ρｏ为工作温度下机油的密度,ｋｇ/ｍ3;ｃｐｏ为工作温度下机油的比热容,ｋＪ/(ｋｇ·℃);ｔｏ1,ｔｏ2分别为机油进、出口温度测量值,℃. 冷却水吸热流量Ｑｗ=ｖｗＡｗρｗｃｐｗ(ｔｗ1-ｔｗ2).式中:Ｑｗ为冷却水吸热量,ｋＷ;ｖｗ分别为水的流速,ｍ/ｓ;Ａｗ为水的流通截面积,ｍ2;ρｗ为工作温度下水的密度,ｋｇ/ｍ3;ｃｐｗ为工作温度下水的比热容,ｋＪ/(ｋｇ·℃);ｔｗ1,ｔｗ2分别为水进、出口温度测量值,℃. 热平衡误差Δ=｜Ｑｏ-ＱｗＱｏ｜.本实验热平衡误差Δ<5%时,所测数据有效.换热器的传热系数Ｋ=ＱｏＡΔｔｍ×1000 2 实验结果及分析机 油冷却器换热量、油侧压降以及传热系数随机油流速变化的实验结果见图3～5. 根据实验数据分析,所测机油冷却器传热性能和压降特性差异较大.同一组(同一厂家生产)机油冷却器传热性能相差最大为9.12%,最小为1.28%,压降特性相差最大为8.45%,最小为1.88%.说明即使同一厂家生产的机油冷却器,由于生产过程的微小变化,将导致性能较大变化. 所测的8个机油冷却器传热性能相差最大为12.07%,最小为0.58%,压降特性相差最大为31.43%,最小为0.88%.这说明不同厂家生产的机油冷却器,由于生产工艺不同,例如翅片采用滚压成型或者冲压成型、翅片毛刺的处理、不同的钎焊工艺等,将导致机油冷却器的性能,尤其是压降特性产生较大变化. 根据8个机油冷却器传热性能和压降特性的实验数据,利用最小二乘法拟合换热量Ｑｏ、压降ｐ、传热系数Ｋ随机油流速ｖｏ的变化关系为 上式说明,机油的流速增加,机油在翅片间扰动加强,对流换热系数增加,换热量和传热系数增大,同时机油与翅片间摩擦力增大,导致油侧压差增大.油侧压差增大意味着机油泵所消耗的功率增加.因此,在满足机油冷却器换热量的前提下,应尽量减小机油流速(机油流量). 3 结 论 (1)由于采用不同生产工艺,车用发动机机油冷却器的传热性能和压降特性有较大的差异; (2)根据机油冷却器传热性能和压降特性的实验数据拟合的换热量、压降随机油流量的变化关系可为发动机在板翅式机油冷却器的结构设计及选型时提供依据. 参 考 文 献: [1]凌 祥,涂善东,陆卫权.板翅式换热器的研究与应用进展[Ｊ].石油机械,2000,28(5):54 58. [2]过增元,黄素逸.场协同原理与强化传热新技术[Ｍ].北京:中国电力出版社,2004:125 126. [3]钱颂文.换热器设计手册[Ｍ].北京:化学工业出版社,2002:381 389. [5]李 媛,凌 祥,虞 斌.铝板翅式换热器翅片表面性能的试验研究[Ｊ].石油机械,2005,33(10):1 4. [6]中华人民共和国机械行业标准.内燃机机油冷却器传热性能试验方法[Ｓ].北京:中国标准出版社,1992. |
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