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[摘 要]发动机排气热能回收装置主要是应用到水暖式汽车暖风系统上。水暖式汽车暖风系统在我国西北部地区大型车辆上面应用十分广泛，运行原理与传统暖风装置之间存在一定差异。水暖式暖风系统在实际应用过程中主要是利用发电机在运行过程中所产生的余热，同时还对于汽车废气内所具有的热量进行供暖需求，所以与传统暖风装置相比较，在环保方面具有十分显著的优势。本文就对于发动机排气热能回收装置壳程侧流场的数值模拟进行分析研究，主要就是希望能够对于排气性能全面了解;
[关键词]排气热能 汽车暖风系统 数值模拟
中图分类号：U464.134.4 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）28-0179-01
前言：汽车内燃气作为作用就是将化学燃料转变为汽车机械能，也就是通过化学燃料的燃烧产生热能，通过热能带动汽车零件进行运动。汽车在运动过程中，化学燃料物质其中大约有三分之一以热量或者是动能的形式排除，所以热气能量回收就显著十分重要。
1、暖风系统工作原理
汽车发动机在启动之后，发动机与水箱内的液体会通过热能回收装置，同时完成与汽车排气管道内的热能传输，热量从循环管进入到车辆内部，提高车辆内部温度，最后热量会进入到汽车水箱之中，完成对于汽车车厢供暖的一个热循环。正是由于排气回收装置在暖风系统运行过程中具有显著作用，所以想要提高暖风系统稳定性能，就需要对于排气热能回收装置进行研究。
为了能够降低排气背压数值，热能回收装置无法安装螺旋管。热交换器主要有两部分构成，分别是热能回收装置内的壳程与管程。发动机在实际运行过程中，发动机会完成逆流热交换的操作，发动机内水箱将汽车在行驶过程中所产生的热量吸收，这部分热量主要作用就是提高汽车在行驶过程中的温度[1]。
2、壳程侧模型
2.1 壳程侧物理模型
壳程側物理模型在构建过程中，需要对于实体进行假设，首先就是仅仅对于换热器内的管子与风门进行考虑，对于换热器封头部分进行忽视，管子厚度也忽视，在数值计算过程中将管子厚度定义为标准数值。物理模型构成应该分为三个步骤，首先就是创建壳程侧物理模型坐标网格图，对于壳程侧物理模型所涉及到的点全部进行明确;其次就是根据之前所确定的点创建壳程侧物理模型线段，通过线段构成壳程侧物理模型平面;最后就是通过布尔运算，将壳程侧物理模型平面上面所具有的几何途径挖出，最后所得到的三個平面也就是壳程的出入口和壳体[2]。
2.2 壳程侧数学模型
汽车要是在不同地区内行驶，所产生的排气流场也存在一定差异。所以，在对于换热器内部流场研究之后发现，换热器流场内具有较多的漩涡。在构建壳程侧数学模型过程中，所涉及到的数学方程主要为三个，分别是流体连续性方程、动量方程、能量方程，这三个数学方程也就就是壳程侧数学模型构建的理论前提。壳程侧数学模型需要讲整个流体系统划分为多个体积单元，在不同体积单元内需要假设多个标量，同时各个标量在体积单元内都应该是均匀分布的，通过对于体育单元内数值计算，能够对于体积单元边界进行矢量确定。
2.3 模型计算步骤
2.3.1前处理
壳程侧物理模型与网络的划分全部都是在相同模块之下所形成。网格划分过程中，通过线到面的方式，在对于模型局部加密处理过程中，应用到了三角形网格。在对于壳程侧物理模型与网格划分计算过程中，都是应用标准湍流模型，通过有关数学函数方法。在对于物理模型与网格划分密度处理过程中，通过有关定律进行计算。
2.3.2边界条件
在边界条件上面，入口边界就是流速边界，出口边界就是压力边界，管程就是固定边界，所有的边界都需要遵守一定条件，温度最好控制在70摄氏度。
3、计算结果分析
在对于发动机排气热能回收装置壳程侧流场数值模拟分析过程中，分别是2m/s与8m/s速度进行了数值模拟，主要涉及到的数值有三个，分别是排气速度、压力与温度[3]。
在对于模拟数值分析研究之后发现，发动机排气热能回收装置壳程侧出现流场的因素较多，并且流场内具有很多漩涡，在发动机排气热能回收装置上面速度要是越大，流场对于管程所造成的影响也就越为严重，流场内不仅仅具有一定数量的大漩涡，同时还包含较多数量小型漩涡。发动机排气热能回收装置壳程侧流场要是具有重要情况，排气热能回收装置性能也就越为良好，这样换热效果也就越为限制。由于受到管排的影响，排气热能回收装置壳程侧漩涡流速也在逐渐增加。
发动机排气热能回收装置不同部位在实际运行过程中都对压力造成一定影响，但是在发动机排气热能回收装置管排对于压力影响最为严重，汽车在行驶过程中出现压力损失情况主要也是由于发动机尾气管排在冲击之后所产生的。所以，在对于发动机排气热能回收装置设计过程中，装置外部结构整体应该十分简单，这样就能够有效降低管排对于发动机排气热能回收装置所需要承受的压力。
从气场流动方向所获得到的数值发现，发动机排气热能回收装置的排气温度一直在逐渐降低，与换热器管程最为接近的周围区域内，气流温度相对而言较低，在换热管程其他区域内，温度都相对而言较高，这种温度分布情况在一定程度上面也表明，管程壁面周围区域内出现涡流的可能性较高，进而换热也就更加便捷。
发动机排气热能回收装置压力差值会受到排气速度的影响，排气速度不断提高，压力差值也就逐渐增加，同时压力差值增加的数值要远远超过排气速度增加频率。这种情况在一定程度上面也表明，发动机排气热能回收装置在排气流动速度不断增加的时候，排气背部所需要承受的压力差值也会显著提高，但是在没有达到排气背部所能够承受最大压力差的时候，发动机就已经在最高运行状态之下，这样也就造成发动机排气热能回收装置所产生的流体速度，都要小于排气背部压力差。与此同时，发动机排气热能回收装置在排气速度不断提高的时候，发动机排气热能回收装置的温度差也会逐渐下降，但是发动机排气热能回收装置热能回收效率将显著下降，也就是发动机所排出的热量显著增加。造成这种情况的主要原因是由于发动机排气热能回收装置排气速度在下降之后，在发动机第二排的管子开始，排气流动就会受到其他管子所产生的漩涡的影响，要是原先排气流动速度越高，所造成的影响也就越为显著，这样汽车暖风系统换热效果也就更加显著。
结论：本文在对于发动机排气热能回收装置壳程侧流场的数值模拟分析中，创建了物理模型与数学模型，然后在根据模型计算所得出的结果分析，研究之后发现发动机排气热能回收装置要是在壳程侧排气速度越高，对于管程所造成的影响也就越加显著，所产生的涡流也就越大，这样汽车暖风系统换热性能也就越加显著。本文对于发动机排气热能回收装置壳程侧流场数值模拟分析还存在一定不足，希望有关人员能够不断进行完善。
参考文献：
[1]邓义斌，黄荣华，王兆文，程伟.车辆热管理系统及其研究[J].汽车工程师，2011，01：52-56+62.
[2]吴佩珊.排气制动模拟分析[J].科技创新与应用，2012，11：24.
[3]石油化工科技期刊题录[J].石化技术与应用，2014，02：185-198.
作者简介：
韩峭（1989.10）性别：男， 籍贯：河北省唐山市，学历：本科 毕业于东北大学现有职称：助理工程师;研究方向：汽车配件
[关键词]排气热能 汽车暖风系统 数值模拟
中图分类号：U464.134.4 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）28-0179-01
前言：汽车内燃气作为作用就是将化学燃料转变为汽车机械能，也就是通过化学燃料的燃烧产生热能，通过热能带动汽车零件进行运动。汽车在运动过程中，化学燃料物质其中大约有三分之一以热量或者是动能的形式排除，所以热气能量回收就显著十分重要。
1、暖风系统工作原理
汽车发动机在启动之后，发动机与水箱内的液体会通过热能回收装置，同时完成与汽车排气管道内的热能传输，热量从循环管进入到车辆内部，提高车辆内部温度，最后热量会进入到汽车水箱之中，完成对于汽车车厢供暖的一个热循环。正是由于排气回收装置在暖风系统运行过程中具有显著作用，所以想要提高暖风系统稳定性能，就需要对于排气热能回收装置进行研究。
为了能够降低排气背压数值，热能回收装置无法安装螺旋管。热交换器主要有两部分构成，分别是热能回收装置内的壳程与管程。发动机在实际运行过程中，发动机会完成逆流热交换的操作，发动机内水箱将汽车在行驶过程中所产生的热量吸收，这部分热量主要作用就是提高汽车在行驶过程中的温度[1]。
2、壳程侧模型
2.1 壳程侧物理模型
壳程側物理模型在构建过程中，需要对于实体进行假设，首先就是仅仅对于换热器内的管子与风门进行考虑，对于换热器封头部分进行忽视，管子厚度也忽视，在数值计算过程中将管子厚度定义为标准数值。物理模型构成应该分为三个步骤，首先就是创建壳程侧物理模型坐标网格图，对于壳程侧物理模型所涉及到的点全部进行明确;其次就是根据之前所确定的点创建壳程侧物理模型线段，通过线段构成壳程侧物理模型平面;最后就是通过布尔运算，将壳程侧物理模型平面上面所具有的几何途径挖出，最后所得到的三個平面也就是壳程的出入口和壳体[2]。
2.2 壳程侧数学模型
汽车要是在不同地区内行驶，所产生的排气流场也存在一定差异。所以，在对于换热器内部流场研究之后发现，换热器流场内具有较多的漩涡。在构建壳程侧数学模型过程中，所涉及到的数学方程主要为三个，分别是流体连续性方程、动量方程、能量方程，这三个数学方程也就就是壳程侧数学模型构建的理论前提。壳程侧数学模型需要讲整个流体系统划分为多个体积单元，在不同体积单元内需要假设多个标量，同时各个标量在体积单元内都应该是均匀分布的，通过对于体育单元内数值计算，能够对于体积单元边界进行矢量确定。
2.3 模型计算步骤
2.3.1前处理
壳程侧物理模型与网络的划分全部都是在相同模块之下所形成。网格划分过程中，通过线到面的方式，在对于模型局部加密处理过程中，应用到了三角形网格。在对于壳程侧物理模型与网格划分计算过程中，都是应用标准湍流模型，通过有关数学函数方法。在对于物理模型与网格划分密度处理过程中，通过有关定律进行计算。
2.3.2边界条件
在边界条件上面，入口边界就是流速边界，出口边界就是压力边界，管程就是固定边界，所有的边界都需要遵守一定条件，温度最好控制在70摄氏度。
3、计算结果分析
在对于发动机排气热能回收装置壳程侧流场数值模拟分析过程中，分别是2m/s与8m/s速度进行了数值模拟，主要涉及到的数值有三个，分别是排气速度、压力与温度[3]。
在对于模拟数值分析研究之后发现，发动机排气热能回收装置壳程侧出现流场的因素较多，并且流场内具有很多漩涡，在发动机排气热能回收装置上面速度要是越大，流场对于管程所造成的影响也就越为严重，流场内不仅仅具有一定数量的大漩涡，同时还包含较多数量小型漩涡。发动机排气热能回收装置壳程侧流场要是具有重要情况，排气热能回收装置性能也就越为良好，这样换热效果也就越为限制。由于受到管排的影响，排气热能回收装置壳程侧漩涡流速也在逐渐增加。
发动机排气热能回收装置不同部位在实际运行过程中都对压力造成一定影响，但是在发动机排气热能回收装置管排对于压力影响最为严重，汽车在行驶过程中出现压力损失情况主要也是由于发动机尾气管排在冲击之后所产生的。所以，在对于发动机排气热能回收装置设计过程中，装置外部结构整体应该十分简单，这样就能够有效降低管排对于发动机排气热能回收装置所需要承受的压力。
从气场流动方向所获得到的数值发现，发动机排气热能回收装置的排气温度一直在逐渐降低，与换热器管程最为接近的周围区域内，气流温度相对而言较低，在换热管程其他区域内，温度都相对而言较高，这种温度分布情况在一定程度上面也表明，管程壁面周围区域内出现涡流的可能性较高，进而换热也就更加便捷。
发动机排气热能回收装置压力差值会受到排气速度的影响，排气速度不断提高，压力差值也就逐渐增加，同时压力差值增加的数值要远远超过排气速度增加频率。这种情况在一定程度上面也表明，发动机排气热能回收装置在排气流动速度不断增加的时候，排气背部所需要承受的压力差值也会显著提高，但是在没有达到排气背部所能够承受最大压力差的时候，发动机就已经在最高运行状态之下，这样也就造成发动机排气热能回收装置所产生的流体速度，都要小于排气背部压力差。与此同时，发动机排气热能回收装置在排气速度不断提高的时候，发动机排气热能回收装置的温度差也会逐渐下降，但是发动机排气热能回收装置热能回收效率将显著下降，也就是发动机所排出的热量显著增加。造成这种情况的主要原因是由于发动机排气热能回收装置排气速度在下降之后，在发动机第二排的管子开始，排气流动就会受到其他管子所产生的漩涡的影响，要是原先排气流动速度越高，所造成的影响也就越为显著，这样汽车暖风系统换热效果也就更加显著。
结论：本文在对于发动机排气热能回收装置壳程侧流场的数值模拟分析中，创建了物理模型与数学模型，然后在根据模型计算所得出的结果分析，研究之后发现发动机排气热能回收装置要是在壳程侧排气速度越高，对于管程所造成的影响也就越加显著，所产生的涡流也就越大，这样汽车暖风系统换热性能也就越加显著。本文对于发动机排气热能回收装置壳程侧流场数值模拟分析还存在一定不足，希望有关人员能够不断进行完善。
参考文献：
[1]邓义斌，黄荣华，王兆文，程伟.车辆热管理系统及其研究[J].汽车工程师，2011，01：52-56+62.
[2]吴佩珊.排气制动模拟分析[J].科技创新与应用，2012，11：24.
[3]石油化工科技期刊题录[J].石化技术与应用，2014，02：185-198.
作者简介：
韩峭（1989.10）性别：男， 籍贯：河北省唐山市，学历：本科 毕业于东北大学现有职称：助理工程师;研究方向：汽车配件