一种新型锯齿形EGR冷却器散热翅片的制作方法

本实用新型涉及发动机尾气排放技术领域，特别是EGR冷却器中使用的散热翅片。

背景技术：

随着全球性大气污染、臭氧层的破坏，气候变暖加剧，作为主要污染源之一的汽车尾气，其控制水平越来越受到国际社会高度关注。我国也追随欧美发达国家的脚步，不断提高汽柴油车的尾气排放标准等级，同时在发动机节能减排领域谋求更为先进的技术。

汽油机引进EGR阀，不但可以降低尾气的排放，而且特定工况时，能够在保证发动机动力性能不降低的大前提下，ECU可根据转速扭矩信号控制调节引入进气道的废气量，来降低泵气损失，从而达到降低发动机燃油消耗的作用。该技术自提出以来，在世界各国被众多主机厂看好，作为新机型开发过程的关键技术突破点进行尝试，通过计算机模拟和实际台架实验，均得出结论，汽油机EGR阀在降低油耗方面效果显著。

对于汽油机用EGR阀来说，紧凑的发动机空间布局要求冷却器必须具有极强的热交换性能。其中，板翅式EGR冷却器器独特的结构使气体在穿越气道经过翅片的过程中发生扰流，破坏边界层，达到传热强化的效果，其相对于螺纹管式要高出30％～50％的热效率。

传统的高效能EGR换热器翅片一般采用图1至3所示的锯齿形结构，该结构包括翅片本体1，翅片本体上按列设置有若干截面为矩形的立体凸框，每列中相邻矩形凸框半错位设置。此种结构由于矩形凸框人为相互错开，迫使气体在流动过程中不断被分割，产生强烈的扰流，不断破坏与再生边界层，大大提高了热效率。这种结构对于柴油机冷却废气绰绰有余，但是，要求在极小外形尺寸(总长L≤150mm)条件下将900℃以上进气温度直接降为200℃以下，散热效果明显不足，为此，设计传热更为高效的翅片结构显得尤为重要。

技术实现要素：

本实用新型需要解决的技术问题是提供一种传热效率高、散热速度快，且能够满足极小外形尺寸安装要求的EGR冷却器散热翅片。

为解决上述技术问题，本实用新型所采取的技术方案如下。

一种新型锯齿形EGR冷却器散热翅片，包括锯齿形翅片本体，翅片本体上按列设置有若干截面为矩形的立体凸框，每列中相邻矩形凸框半错位设置；所述翅片本体与EGR冷却器气道板的接触面上以及立体凸框顶端面与EGR冷却器气道板的接触面上均开设有天窗，天窗的一条侧边设置有与天窗相匹配的折板；所述翅片本体的折板向上弯折，立体凸框顶端面的折板向下弯折。

上述新型锯齿形EGR冷却器散热翅片，每个接触面上分别设置两个天窗和两块折板，两块折板与翅片本体的连接部平行，两块折板相互垂直。

上述新型锯齿形EGR冷却器散热翅片，每个接触面上的折板与翅片本体之间的夹角为45°。

上述新型锯齿形EGR冷却器散热翅片，所述天窗和折板均为梯形结构。

上述新型锯齿形EGR冷却器散热翅片，所述折板与翅片本体的连接线长度为接触面宽度的1/3～1/2，折板的高度为立体凸框的1/2。

上述新型锯齿形EGR冷却器散热翅片，所述两个天窗纵向设置在接触面的纵向对称中心面上，两个天窗横向分别位于接触面的1/4和3/4处。

由于采用了以上技术方案，本实用新型所取得技术进步如下。

本实用新型通过在传统锯齿形翅片的基础上开设带折板的天窗，可使冷却器中气水接触面被间断破坏，热边界发生明显改变，引起了气流表面的扰动，进而增大了传热系数、温度梯度以及气体传热的工作面积，相对于平滑表面，间断结构可增大自由对流系数50％～100％，大大提高了传热效能和散热速率。并且由于带折板的天窗可使气体脉动扰流在纵向和横向上具备了叠加作用，相对于传统锯齿形翅片横向近乎无扰流的情况，对冷却器积碳形成起到了很好的冲刷效果，更有利于产品散热性能的稳定以及产品耐久性的提高。

附图说明

图1为传统锯齿形翅片的整体效果图；

图2为传统锯齿形翅片的局部放大图；

图3为传统锯齿形翅片的局部正视图；

图4为本实用新型的整体效果图；

图5为本实用新型的局部放大图；

图6为本实用新型的局部正视图；

图7为单层翅片EGR冷却器的装配结构示意图；

图8为本发明的进气道横向速度场矢量分析图；

图9为传统锯齿形翅片的进气道横向速度场矢量分析图。

其中，1.锯齿形翅片本体，2.折板，3.进出气口隔板，4.气道板，5.水道板，6.水管。

具体实施方式

下面将结合附图和具体实施例对本实用新型进行进一步详细说明。

一种新型锯齿形EGR冷却器散热翅片，其结构如图4至图6所示，包括锯齿形翅片本体1，翅片本体1上按列设置有若干截面为矩形的立体凸框，每列中相邻矩形凸框半错位设置；翅片本体与EGR冷却器气道板的接触面上以及立体凸框顶端面与EGR冷却器气道板的接触面上均开设有天窗，天窗的一条侧边设置有与天窗相匹配的折板2；翅片本体上的折板向上弯折，立体凸框顶端面上的折板向下弯折。

本实用新型中，每个接触面上分别设置两个天窗和两块折板，两块折板与翅片本体的连接部平行，两块折板相互垂直，在本实施例中，每个接触面上的折板与翅片本体之间的夹角为45°，如图5所示。

为保证扰流效果和整体结构的强度，本实用新型的天窗和折板均采用梯形结构，两个天窗纵向设置在接触面的纵向对称中心面上，两个天窗横向分别位于接触面的1/4和3/4处，折板与翅片本体的连接线长度为接触面宽度的1/3～1/2，折板的高度为立体凸框的1/2。本实施例采用此种特定的结构，可使冷却器中的气水接触面被间断破坏，热边界发生明显改变，引起了气流表面的扰动，进而增大的传热系数，相对于平滑表面，间断结构可增大自由对流系数100％；同时由于这种有规律的交错排布的锯齿天窗结构，显著增大了气体传热的工作面积，所以传热效能大大提高。

为了验证本实用新型的实际效果，分别用本实用新型和传统锯齿形翅片去搭载单层EGR气道的EGR冷却器，搭载最终装配3D效果如图7所示；然后运用有限体积法，用多面体网格分别对2个3D数模进行计算机流体计算前处理。其中本实用新型的翅片结构含120万体网格，传统锯齿形翅片含115万体网格。

试验过程：高温气体(700℃≈973K)从左下侧进入，经冷却从左上侧流出；冷却水从左下侧进水管流入，从右上侧出水管流出。试验条件：分别赋予本实用新型和传统锯齿形翅片相同的边界条件，气体入口流量Q1＝10Kg/h，入口温度T1＝700℃，冷却水入口流量Q2＝30L/min，冷却水入口温度T2＝80℃，进行气液固耦合仿真计算，试验结果分析如下。

应用本实用新型的EGR冷却器，高温气体在到达右侧基本上温度控制在500K左右；应用传统锯齿形翅片的EGR冷却器，高温气体在到达右侧时温度在600K以上。可见，本实用新型由于在天窗结构处，热边界层破坏明显，温度梯度较大。经计算得出，本实用新型应用于EGR冷却器中，冷却器出口的气体平均温度为T_outlet1＝450K，散热功率U₁＝1.46KW；传统锯齿形翅片用于EGR冷却器中，冷却器出口的气体平均温度T_outlet2＝465K，散热功率U₂＝1.41KW。

应用本实用新型的EGR冷却器，其整体和局部扰流效果非常明显，当高温气体进入冷却器后，由于天窗的作用，被迅速分裂引导成3股强烈的纵向气流，整个纵向平面上，3股纵向气流的流速始终保持在80m/s左右高速水平。同时，本实用新型每个天窗的局部位置，气流又被天窗引导为横向干扰流参与横截面向的旋流作用，这样的效果不但可以大大提高对流传热系数，强化散热效果；并且，又因为气体有纵向横向脉动扰流的叠加作用，相对于传统锯齿形翅片横向近乎无扰流的情况，对冷却器积碳形成起到了很好的冲刷，更有利于产品散热性能的稳定和产品耐久性的提高。气体在进气道横截面向速度矢量分析图对比如图8所示和图9所示。

为了充分对比验证本实用新型和传统锯齿形翅片的散热性能，我们分别在3组不同工况下对两种翅片进行计算流体动力学模拟，本实用新型三种工况的边界条件参数及散热效果结果如表1，传统锯齿形翅片三种工况的边界条件参数及散热效果结如表2所示。

表1

表2

从计算结果可以充分得出：本实用新型的散热效果明显优于传统的锯齿形翅片。