在汽车EGR冷却器结垢的影响——回顾研究

n Pradeep库马尔¹,美国Suseel洁克里希²:Sakthi Thasan³

二年级学生,B。E、机械工程、Velammal理工学院,钦奈,印度泰米尔纳德邦,
助理教授1,机械工程,Velammal理工学院,钦奈,印度泰米尔纳德邦,
2年级的学生,申请B。E、机械工程、Velammal理工学院,钦奈,印度泰米尔纳德邦,

文摘

运输负责大约20%的全球温室气体排放如二氧化碳、氮氧化物和HC没有完全被烧毁的引擎。特别是,全球55%的氮氧化物排放是比二氧化碳更对环境有害的是汽车工业产生的孤独。现在严格的排放标准,设置特定的污染物量的极限可以释放到环境中。广泛使用的措施来降低柴油机NOx排放是返回的一部分废气的摄入量引擎。这通常是通过热交换器通过废气再循环冷却器。然而EGR冷却器都受到严重的污染,这样他们的热效率下降高达30%在很短的时间内。更重要的是,存款是颗粒物的混合层和粘重碳氢化合物从热交换器表面很难去除。本研究解决这个问题和提供了一个审查的效果和R & D活动来减轻污染发生EGR冷却器。

关键字

热交换器、污染、废气再循环、热回收

介绍

废气再循环(EGR)已经被证明是一个有用的手段减少氮氧化物(NOx)在压缩点火发动机在燃烧过程中形成对传统和低温燃烧模式。紧凑热交换器现在已经被普遍安装冷却EGR混合气体之前与新鲜的空气,进一步减少氮氧化物的形成。EGR冷却器经验性能退化由于积聚的颗粒物(PM)和未燃烧的碳氢化合物(HC) gas-side冷却器的流动路径。这些形式沉积一层不如不锈钢导热管封闭的气体,导致换热器效率低。过去,EGR冷却器是足够大,足够高的氮氧化物目标冷却器污染过程的重要性。现在,小的更高效冷却器是有益的成本和包装的角度来看。然而,该EGR冷却器维持在高水平的性能已成为一个重要问题的实现氮氧化物越来越严格的规定。很少有文献中的数据来描述EGR冷却器的热性质的存款。污染过程的模型及其影响冷却器性能要求合理准确的数据层的热性能,以及他们如何与发动机条件和时间的变化。污染过程的成功的造型代表设计未来的EGR系统最有效的方法来减少污染的影响。

二世。影响瓦楞冷却器的螺旋沟槽

量化污染结果在等温和thermo-phoretic条件下促进更好的理解烟灰沉积EGR冷却器与不同的几何图形。不管其他技术因素,气流速度增加,低温度梯度之间的入口气体和冷却剂,和复杂的几何结构,会增加当地传热面积减少微粒污垢所示。沉积在等温条件下是边际只要表面光滑和气体速度不是太低。板翅式冷却器的扩展表面,然而,这可能成为明显的由于嵌入烟尘粒子的表面。螺旋槽的存在在瓦楞冷却器最初帮助增加当地的剪切力。然而他们的优势一旦恶化凹槽被煤烟颗粒污染(1、14)

三世。更换代理的影响对EGR管样品

使用代理管取样器代替实际的EGR冷却器允许独立的和可重复的控制关键因素影响EGR冷却器污染。管也很容易删除,用于测试后的分析。代理管的传热效率损失似乎达到高原。HC水平较高最初导致更大的存款大规模积累和增加存款密度但时间间隔后质量增益和密度降低HC相似实验。无论是各种“anti-stick”管涂料/表面处理或B20超低硫柴油燃料和燃料似乎对效率有显著影响损失或存款大众获得了这些实验。EGR冷却器的烟尘存款实际上是点聚集形成一个高度多孔层,与热导率的范围0.04 W /可(类似于发泡聚苯乙烯泡沫绝缘材料)。结果增加存款层温度,这个下午多孔层构建削弱的范德华力理解为主要的烟尘坚持的力量。吸引力减弱以及抗剪强度下降的点聚合温度较高外部特征的矿床层可以解释的渐近行为传热效率的损失。[1]

由于污染口供IV.PROPERTY变化

基于沉积效率:条件有利于冷凝蒸气组件,即冷却和气体的温度低,使扩散电泳行为。这导致高大众型沉积效率表明扩散电泳有重大贡献EGR冷却器污垢和需要考虑除了热迁移。尺度依赖的沉积效率:动荡的涡流扩散和温度效应增加沉积效率尤其是颗粒小于50 nm。在冷却器的冷却部分影响可以忽略不计。不同的机制参与了烟灰沉积在热交换器内增加一个灰层的形成。所有这些机制被认为是行为最有效的在冷却器入口几何和温度是最有利的条件。改善EGR冷却器性能、清洗效果由于水冷凝应该专门诱导和条件没有水,但大量的碳氢化合物浓缩,严格应避免。仍然需要进一步的实验与不同气溶胶成分来描述过程发生在更详细的EGR冷却器。[2]

诉机制烟尘粒子沉积

EGR冷却器结垢引入了一个非常重要的不确定性设计和操作的设备。不同的污染机制如颗粒、重力沉降和纺丝凝固也可能是负责任的。然而这些个人污染的贡献机制仍然是未知的。提出了一些缓解技术来最小化EGR冷却器结垢趋势,但到目前为止,没有人能够防止污染或保持在一个合理的水平。EGR冷却器的气体速度增加,防止过度冷却的排气气体冷却器特别是在操作和使用文档的开始与DPF似乎有望减少微粒污垢的方法。然而,这些方法的适用性还需要调查。[3]

VI。EGR冷却器污染模型的发展

冷却EGR是一个越来越重要的氮氧化物减排技术当前和未来的柴油发动机。更高的EGR流量和冷却水平未来排放法规要求加重污染,或煤烟和HC排放成分的沉积,降低EGR冷却器的性能。EGR冷却器污染模型开发和相关短期控制EGR冷却器污染实验。长期EGR冷却器结垢实验似乎需要一个“删除机制”实现相关性。存款可视化平台开发和运行实验实时观察这些疑似去除机制。水凝结和大粒子轰击似乎重要的去除机制。正在调查其他去除机制。[4]

七世。可视化的沉积和去除机制

方法收集存款代理EGR冷却器管已被证实。测量热性能的存款层已经成功完成。有限数量的样本的平均结果表明存款EGR冷却器的热导率与低水平的浓缩高碳钢很低;平均0.041 W /可测量值。这个结果与材料的热导率被认为是有效的绝缘体。需要更多的研究来描述范围的存款热性能的变化,可以预计在实践和理解之间的连接操作。[5]冷却EGR是越来越重要的氮氧化物还原技术对当前和未来的柴油发动机。更高的EGR流量和冷却水平未来排放法规要求加重污染,或煤烟和HC排放成分的沉积,降低EGR冷却器的性能。EGR冷却器污染模型开发和相关短期控制EGR冷却器污染实验。长期EGR冷却器结垢实验似乎需要一个“删除机制”实现相关性。 A deposit visualization rig has been developed and is running experiments to observe these suspected removal mechanisms in real time. Water condensation and large particle bombardment appear to be important removal mechanisms. Other removal mechanisms are under investigation. [6, 7]

本文报道的一项研究结果EGR冷却器污染的基本方面。一个设备和程序开发允许代孕EGR冷却器管暴露在受控条件下的柴油机排气。由此产生的污染管被移除和分析。挥发性和非易失性存款为每个管质量测量。热扩散率的烟灰沉积蛋糕被铣一个窗口到管测量,使用氙气闪光灯的方法。存款的热容测量温度高达430°C和略高于石墨,大概由于碳氢化合物的存在。这些测量相结合,允许存款热导率的计算,确定为0.041 W / mK,只有~空气的1.5倍,远低于304不锈钢管(14.7 W /可)。存款导热系数的主要因素是密度,测量是只有2%的密度的主要煤烟颗粒多孔(或98%)。矿床层热阻计算并与估计的热阻计算气体温度数据在实验。存款性质也被用于进一步分析温度实验期间收集的数据。 The fuels used were ULSD, B5, B20. [8]

八世。换热器的材料

本研究是为了更好地理解和提高热电性能的汽车用热回收系统。为此一个实验调查热电气接触清洁和污染热交换器执行不同的材料。雷竞技网页版热电设备测试在一个小型热电模拟汽车排气热回收装置。是观察到的废气流速较高,热电功率输出从2增加到3.8 w,整体系统效率从0.95%降低到0.6%。退化的有效性EGR-type热交换器的驱动也模拟了暴露的热交换器柴油机排气thermophoretic条件下形成一层沉积。的犯规EGR-type热交换器,输出功率和系统效率是观察5 - 10%降低为所有条件测试。清洁和污染铝和不锈钢EGR-style热交换器一直在测试一个小型热电装置来模拟汽车排气热回收。热电装置进行了不同热侧不锈钢和铝EGR-type热交换器对各种加热废气流量从40到150 slpm,废气温度2400 c, 2800 c,和冷却剂温度of400C和800 c模拟可能的下游发动机歧管和发动机冷却液的温度范围。从分析的结果发现热电装置的恢复电力可以增加提高废气的温度,减少冷却剂的温度,或者通过增加加热气体的流量。在电力系统效率增加而增加的温度梯度增加。 System efficiency decreases with an increase in electrical power when the exhaust gas flow rate is increased. A large effect of heat exchanger material was also documented in this study. This is thought to be a combined effect of the higher thermal conductivity of aluminium compared to stainless steel and the excessive wall thickness of the heat exchangers used in this study. A more optimally designed heat exchanger would likely be less sensitive to heat exchanger material. Heat exchangers fouled with diesel exhaust experience degradation in performance of 5–10% compared to an unfouled heat exchanger of the same material. [9]

第九。传热和烟灰沉积特性的影响

烟灰沉积控制测试进行一系列通用的单筒和三管废气循环冷却设备暴露在不同时期倍的废气在柴油机尾气测试设施调查改变这些设备的传热和压降特征。非破坏性技术开发的三维煤烟层发生在苛刻的冷却设备使用麦克马斯特的核反应堆的中子照相测试设备。结果表明,沉积灰层的单管装置是更高更大的流量与湍流,特别是在入口区域。烟灰沉积的厚度在入口区域的管是远远大于其余的管,和似乎限制了流面积75%的长度4管直径。烟灰沉积厚度的变化在其余的管相似大小的层本身表明煤烟层管是三维的。结果还表明,沉积烟尘的概要文件在所有情况下的波动结构。热设备的有效性从大约82%下降为层流% 5小时以上的测试用例并从70%到35%的湍流测试。通过这些设备压降增加了320%在5个小时的测试。测量也是使用三管执行苛刻的冷却设备45°和60°扩张角湾头暴露在柴油机尾气为3小时。烟灰沉积更加均匀分布在管束60°扩张角进口头表明流动更均匀分布在这个设备。 There was more soot deposited in the centre tube than outer tubes in the three-tube bundle with the 45° expansion angle inlet header suggesting that the flow was not evenly distributed. The thermal effectiveness in both cooling devices decreased during the 3 hours of testing, but the change in the effectiveness was larger for the device with the 45° expansion angle inlet header. The pressure change in the exhaust gas across the cooling devices increased more rapidly for the device with the 45° expansion inlet header, reaching a nearly constant value of nearly 5 times the initial value after 3 hours. [10]

x的结论

EGR技术是一种非常有用的技术,减少了氮氧化物排放。EGR技术取代氧气吸入的空气和稀释的进气排气再循环到燃烧室。再循环废气降低燃烧室的氧浓度,增加进气空气混合物的比热,导致较低的火焰温度。观察,发现15%的EGR率是有效降低NOx排放大大没有发动机性能恶化的热效率,BSFC和排放。因此,可以得出的结论是,更高的EGR率可以应用在低负荷和低EGR率可以应用于高负荷。EGR技术可以应用于柴油机燃料柴油、生物柴油、液化石油气、氢等而不牺牲效率和燃油经济性和减少氮氧化物可以实现本文中给出的文献调查突显出相关的各个方面的操作在柴油机EGR冷却器安装达到符合排放规定。特别是,污垢的EGR冷却器引入了一个非常重要的不确定性设计和操作的设备。不同的污染机制,如微粒沉积由于重力和旋转和凝固也可能是负责任的。然而这些个人污染的贡献机制仍然是未知的。提出了一些缓解技术来最小化EGR冷却器结垢趋势,但到目前为止,其中一个是能够防止污染或保持在一个合理的水平。 Increasing the gas velocity in the EGR coolers, preventing excessive cooling of the exhaust gases across the cooler especially at the beginning of operation and usage of DOC together with DPF seem to be promising ways of reducing particulate fouling. However the applicability of such methods still needs to be investigated.

引用

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硕士Abd-Elhady,核磁共振Malayeri h·穆勒斯坦哈根,污染问题在汽车工业废气再循环冷却器,,学报》国际会议上换热器污垢和清洁八世14 - 19 - 2009年6月(同行评审),2009年,Schladming、奥地利
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伊斯梅尔,巴塞尔·伊斯梅尔的传热和烟灰沉积特征在柴油机废气再循环系统冷却设备,开放获取学位论文和论文。雷竞技app下载苹果版1588年论文。