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废气再循环(EGR)是一种能有效降低发动机NO_x排放的技术,但EGR系统也会对发动机动力性和燃油经济性造成负面影响,只有EGR系统与发动机匹配才能有效的起到节能减排的作用。EGR冷却器是EGR系统的关键部件,因此本文以非道路柴油机EGR冷却器为研究对象,对其进行设计开发具有重要的工程应用价值。首先本文以ISME380 30非道路用柴油机为原型,在GT-POWER软件中建立了其仿真模型。然后基于该模型研究了在不同转速(1200r/min、1400r/min、1600r/min、1800 r/min、1900r/min)和负荷率(20%、40%、60%、80%)工况下,EGR率和EGR温度对柴油机动力性、燃油经济性和排放性的影响。综合考虑发动机性能和排放限值要求后,对各仿真工况下的EGR率和EGR温度进行了优化选择,并绘制出MAP图。优化后,柴油机的NO_x排放率能够满足非道路柴油机国四排放限值的要求。设计体积小、换热效率高、易于制造的EGR冷却器是实施EGR技术的重要前提。本文依据优化后得到的EGR系统运行参数,通过计算得出冷却器在使用中的最大热负荷工况点,并以此工况点作为冷却器的设计目标。通过结构设计和热力设计相结合的方式,对冷却器结构形式和尺寸参数进行设计,最终确定出管壳式冷却器的结构参数。根据所设计的冷却器结构参数,本文相应建立了直管式、弓形折流板式、波纹管式和螺纹管式冷却器模型。然后应用ANSYSCFX软件,以EGR冷却器的最大换热工况作为边界条件,对这四款冷却器的温度场、速度场和压力场进行了数值模拟。仿真结果表明,相比在壳程中增设折流板,使用带有槽纹的换热管,冷却器换热性能能够得到更多的提升,槽纹的外形对换热性能也有很大的影响。螺纹管式冷却器换热性能最好,换热效率相比直管式高11.4%。废气出口温度降低到424K,冷却液出口温度为365K,能够满足最大热负荷工况下的换热量需求。另外螺纹管式冷却器的壳程流体流速高、高温区域面积小,因而其可靠性和使用寿命都要优于其他三款冷却器。通过综合性能的比较最终确定螺纹管式冷却器作为该型发动机的EGR冷却器。