气动发动机热交换器结构设计(2)
1.1.2 解决策略与方法在人们的期盼中，相继出现了多种代用燃料汽车，如天然气 (CNG 、 LNG) 汽车，醇类汽车 、 二甲醚 (DME) 汽车等 [ ] 5。 但是 ， 代用燃料汽车仍然有排放污染和热效应 ， 有些燃料还有毒性，并且有些燃料燃烧控制也困难。同时，还出现了大量电动汽车以及混合动力汽车。电动汽车是用电力驱动，行驶中无污染排放 ， 噪声低 ， 能量转化效率高 。 全世界已投入使用的电动汽车约有 100 万辆 ，大致分为三大类：电池驱动电动汽车 (BEV) 、混合动力电动汽车 (HEV) 和燃料电池电动汽车 (FCEV) [ ] 6。目前，电池驱动电动汽车存在的主要问题是：受制于车用电池因素的制约，所储存的能量难以满足长途要求，汽车的启动特性也不够理想，电池充电时间长、寿命较短、造价贵，电池本身的二次污染严重。混和动力电动车具有电池电动车和内燃机汽车的优点，但仍存在排放问题，并且由于包括了两套动力装置，驱动和控制系统更为复杂。燃料电池电动车 [ ] 7，是人们寄予厚望的。目前用于最有发展前途的是质子交换膜燃料电池 (DEMFC) ， 以氢气为燃料 ， 可实现零排放 ， 能量转化率高 ， 结构简单 ． 但燃料电池的制造成本比较高，氢气的安全存储、制备和灌装都有许多问题，这制约了这种电动车辆的发展和实用化。其他种类的电动车也存在功率比、循环寿命、充放电性能、造价、污染、安全性等方面的一系列问题，一时难以达到实用的程度。人们期待着一种没有污染、经济可行的新型能源出现，而压缩空气能源正是满足了这样的要求 [ ] 8。
1.2 1.2 1.2 1.2 新能源汽车研究现状 新能源汽车研究现状 新能源汽车研究现状 新能源汽车研究现状目前世界各国都积极投入对气动汽车的研究。但大部分气动汽车还处于研究试验阶段，虽然有个别公司已有产品问世，但离气动汽车走向普及还有很大一段距离。目前制约气动汽车发展的最大因素之一就是气动汽车的能量利用率问题，如：气动汽车车载气源所能支持的一次最大行驶里程是否能满足实际应用的需要，气动汽车整车效率到底如何，提高气动汽车效率应该从哪些方面寻找措施等。从目前可获得的资料看，没有关于气动汽车能量利用率的较为系统的研究报道，而且各研究机构所公布的技术数据 ( 如气动汽车的行驶里程、最大时速等 ) 有待进一步考证。而就目前浙江大学所进行的研究情况看，气动汽车整车试验结果与理论计算及实际应用有一定差距，目前未达到国外研究机构所公布的技术水平 [ ] 9。因此，开展对气动汽车整车系统能效分析的研究，科学确定气动汽车能量利用率量化指标，分析有效能分布情况，找出能量损失的最薄弱环节，从而根据有效能损失的原因，针对重点薄弱环节进行节能改进措施，提高气动汽车的整体效率，对于气动汽车的研究和优化设计具有重要的指导价值，对气动汽车早日走向市场具有战略意义。
1.3 1.3 1.3 1.3 国内、外现状及发展趋势 国内、外现状及发展趋势 国内、外现状及发展趋势 国内、外现状及发展趋势
1.3.1 国外气动发动机热换器研究现状热交换器按照传热过程特点包括直接接触式、间壁式、周期流动式和流体耦合间接式四大类。工业上应用的热交换器绝大数是间壁式热交换器。间壁式热交换器其中冷热流体被一个固体避免隔开，热量通过固体避免传递。目前各国为改善该换热器的传热性能开展了大量的研究 。 强化传热主要有 3 种途径提高传热系数 、 扩大传热面积和增大传热温差 , 研究主要集中在强化管程和壳程传热面方面 [ ] 10。人们想尽各种办法实施强化传热 , 归结起来不外乎 2 条途径 , 即改变传热面的形状和在传热面上或传热流路径内设置各种形状的插入物。改变传热面形状的方法有多种 , 用于强化管程传热的有 : 横纹管、螺旋槽管、螺纹管 ( 低翅管 ) 和缩放管以及螺旋扁管 ( 瑞典 ALLARDS 公司产 ) 。 德国 HDE 公司的螺旋槽管 [ ] 11, 管内传热效率明显优于光管 , 在 2300< Re <105 范围内 , 提高传热效率 213 ～ 1111 倍 , 当 200< Re <1500 时 , 提高传热效率 210 ～ 22 倍 。 德国 GRIMMA 公司制造的一种整圆形折流板换热器 , 其结构为折流板上开横排管孔 , 以 4个孔为一组将管桥处铣通 , 壳侧流体在管桥处沿着轴向流动 , 避免了流体因转折引起的滞留区 。 该公司用不同粘度的甘油和水混合进行实验 , 结果表明在中低粘度范围内 ,纵流管束换热器传热效果优于传统的圆缺形折流板换热器。强化沸腾传热的传热管用于强化沸腾传热的传热管有 : 烧结多孔表面管、机械加工的多孔表面管 ( 如日本 的Themoexcel2E 管 、 改进型 Ea 管 , 德国 Wieland2Werke 公司的 T 管 ) 、 电腐蚀加工的多孔表面管 、 T 型翅片管 、 ECR40 管和 Tube2B 型管 。 武汉冷冻机厂分别用表面机加工的多孔管与目前制冷业流行的低肋管组装而成的两台蒸发器进行比较 , 结果表明 : 多孔管的热流密度比低肋管高 36%, 可减少传热面 26% 。生 螺旋折流板换热器是最新发展起来的一种管壳式换热器是由美国 ABB 公司提出的 。 其基本原理为 : 将圆截面的特制板安装在 “ 拟螺旋折流系统 ” 中每块折流板占换热器壳程中横剖面的四分之一其倾角朝向换热器的轴线即与换热器轴线保持一定倾斜度。相邻折流板的周边相接与外圆处成连续螺旋状。每个折流板与壳程流体的流动方向成一定的角度使壳程流体做螺旋运动能减少管板与壳体之间易结垢的死角从而提高了换热效率。在气 — 水换热的情况下传递相同热量时该换热器可减少 30%-40% 的传热面积节省材料 20%-30% 。相对于弓形折流板螺旋折流板消除了弓形折流板的返混现象、卡门涡街从而提高有效传热温差防止流动诱导振动 ; 在相同流速时壳程流动压降小 ; 基本不存在震动与传热死区不易结垢。对于低[ ] 12
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