2。1 中冷器的热力计算 6

2。2 管翅式换热器芯部结构设计 9

2。2。1 芯部管阵布置与尺寸设计 10

2。2。2 换热面积校核计算 10

2。3 盘-环折流板式换热器芯部结构设计 12

2。3。1 芯部管阵布置与尺寸设计 13

2。3。2 换热面积校核计算 13

2。4 管翅式换热器的压降校核 17

2。5 管翅式换热器的几何结构图 18

第三章 机械结构设计及三维建模 19

3。1 管阵及翅片 19

3。2 管箱及进出气管 20

3。3 固定管板及垫片 21

3。4 成型端盖及进出水管 23

第四章 总结 24

致谢 25

参考文献 26

第一章 绪 论

1。1 研究背景及意义

内燃机增压技术产生于 19 世纪末期，在 20 世纪初期得到了初步的运用和发

展。材料科学与制造技术不断发展，柴油机增压技术[2]在 20 世纪中期开始被大 量的运用于各类工业当中。目前，绝大多数的大功率柴油机，半数以上的车用柴 油机均采用了增压技术。一般来讲，增压后的柴油机功率比原机提高 40%-60%， 甚至于更高，发动机的平均有效压力最高可达 3MPa，同时柴油机的燃油经济性 能以及排放性能均可得到较大的提高。利用了增压技术的柴油机，即将进入气缸 的空气进行预先压缩，空气的密度得到较大提高，则柴油机进气量显著上升，可 以与更多燃料混合燃烧，因此功率将大大提升。但是受压缩的空气往往压缩比越 高，压缩空气的压力与温度将同步上升，较高的进气温度将不利于柴油机缸内燃 烧，降低其燃烧效率，同时会升高排气温度，增加气缸及受热部件的热负荷，缩 短使用寿命。于是采用增压器的柴油机必定需要对增压后的空气进行冷却，为达 到冷却要求，所用中冷器结构形式也大不相同。论文网

近十几年来已经有很多中高速船舶采用喷水推进装置，其性能卓越。它采用 主柴油机驱动水泵，产生高速，高压水流推进的装置，大部分用于轻型艇、双体 船（包括水翼双体船）、侧壁气垫船。例如一艘 67 米的单体船，装有三台 KaMeWa 125 型喷水推进装置[3]，每台吸收功率为 13750Kw，航速可达 66kn，推进效率 65% 以上，显然效率高于定距桨推进装置。喷水推进装置在加速和制动性能力方面， 具有和可调距螺旋桨相同的能力。而且装有该装置的船舶具有高速机动性，因为 在回转时，喷水推进装置产生的侧向力不会像常规推进装置那样大大降低。

由于喷水推进装置的主机需要较高的转速，而车用增压柴油机转速恰能较好 的符合要求。本研究主要将车用增压柴油机改装为艇用，但车用柴油机大多为风 冷式，很好地利用了车辆行驶时所形成的迎风，并且车用柴油机本身带有轴带风 扇对增压后的空气进行冷却。考虑到船艇的机舱密闭且海水资源丰富，首选海水 作为冷却介质，水冷成为理想的冷却方式，可控性也更强。改造过程中摘除轴带 风扇并加装水冷式中冷器。改装后的柴油机除了加装增压中冷器外，还需加装淡 水冷却器，机油冷却器，海水泵以及膨胀水箱和各类管路等，本研究中不展开做详细介绍，主要对中冷器作细致设计。 热交换器是冷却系统中最重要的冷却部件，对柴油机所能达到的最大工作效率有较大的影响。因此，合理设计换热器的结构，包括并封头，管箱，管板，管 阵等等，使其达到最优程度是至关重要的。设计过程还需要考虑结构，传热过程， 压降，传热面的紧凑程度，分程，流体的激振等因素。通过改装将车用高速柴油 机运用到喷水推进的艇上，能够合理的利用车用柴油机高转速的特点，达到船艇 所需的要求。