板翅式換熱器課件

1、板翅式換熱器板翅式換熱器問世于20世紀(jì)30年代，英國應(yīng)用于航空發(fā)動機(jī)的散熱；50年代在深冷和空分設(shè)備上開始采用；近來在石油化工、航空、車輛、動力機(jī)械、空分、深低溫領(lǐng)域、原子能和宇宙航行等工業(yè) 部門中都得到了廣泛的應(yīng)用。我國從60年代開始生產(chǎn)板翅式換熱器（空分設(shè)備）。一、基本構(gòu)造板翅式換熱器 基本單元隔板、翅片及封條冷、熱流體在相鄰的基本單元體的流道中流動，通過翅片及與翅片連成一體的隔板進(jìn)行換熱。許多個這樣的單元體根據(jù)流體流動方式的布置疊置起來，釬焊成一體組成板翅式熱交換器的板束，再配以必要的封頭、接管、支撐等就組成了板翅式換熱器。作用：擴(kuò)大傳熱面積，提高換熱器的緊湊性。翅片是隔板的延伸，但比隔

2、板有著較大的比表面積。提高傳熱效率。由于翅片的特殊結(jié)構(gòu)，流體在流道中形成劇烈擾動，使邊界層不斷破裂、更新，有效地降低熱阻。提高換熱器的強(qiáng)度和承壓能力。翅片起著加強(qiáng)肋的作用，使板束形成牢固的整體。 1. 翅片傳熱面：由隔板與翅片的表面組成，隔板為一次傳熱表面，翅片為二次傳熱表面，二次傳熱面積占總傳熱面積的7090。形式：平直翅片、鋸齒翅片、多孔翅片、波紋翅片。 A.平直翅片 b.多孔翅片 c.鋸齒翅片 d.波紋翅片 平直翅片最基本的一種翅片，也稱光滑翅片（翅片為矩形）。流體在流道中流動時，其傳熱特性和流動特性與流體在長的圓管中的傳熱和流動特性相似。其主要作用是擴(kuò)大傳熱面積，對促進(jìn)流體湍動的作用很

3、小。相對于其它形式的翅片，換熱系數(shù)和阻力系數(shù)都比較小，所以宜用于要求較小的流體阻力而其自身傳熱性能又較好的場合。平直翅片的強(qiáng)度較高，適用于高壓場合。平直翅片被切成許多短的片段，相互錯開一定的間隔而形成的間斷式翅片。對促進(jìn)流體湍動，破壞熱邊界層十分有效。在壓力損失相同的條件下，它的傳熱系數(shù)要比平直翅片高30以上。在傳熱量相同的條件下，其壓力損失比相應(yīng)的平直翅片小。多孔翅片在平直翅片上沖出許多圓孔或方孔而成的翅片。開孔率一般為5一10?？椎呐帕杏虚L方形、平行四邊形和正三角形三種。翅片上的孔可使傳熱邊界層不斷破裂、更新，起到強(qiáng)化傳熱的效果。在高雷諾數(shù)范圍會出現(xiàn)噪音和振動。翅片上開孔能使流體在翅片中分

4、布更加均勻，利于流體中雜質(zhì)顆粒的沖刷排除。用于導(dǎo)流片及流體中夾雜顆?；蛳嘧儞Q熱的場合。鋸齒翅片平直翅片上壓成一定的波形（如人字形），使得流體在彎曲流道中不斷改變流動方向，以促進(jìn)流體的湍動、分離或破壞熱邊界層。其效果相當(dāng)于折斷的翅片。 作用：分隔并形成流道，同時承受壓力，隔板還起傳熱表面的作用。其厚度在滿足承壓能力的前提下盡可能減薄。隔板通常使用兩面涂復(fù)鋁硅合金的復(fù)合板，隔板與翅片、隔板與封條之間的釬焊就是依靠薄層的鋁硅合金作為焊料，釬焊成牢固整體的。 波紋翅片2.隔板封條的結(jié)構(gòu)形式 也稱側(cè)條，它位于通道的四周，起到分割、封閉流道的作用。板翅式換熱器的封條有多種形式，常見的有燕尾形、燕尾槽形、矩

5、形。 3. 封條4.導(dǎo)流片與封頭作用：引導(dǎo)由進(jìn)口管經(jīng)封頭流入板束的流體，使之均勻地分布于流道之中，或是匯集從流道流出的流體使之經(jīng)封頭由出口管排出，導(dǎo)流片還有保護(hù)翅片，以免通道堵塞的作用。 導(dǎo)流片與封頭 導(dǎo)流片布置的幾種形式 1）保證流道中流體均勻分布，使流體由進(jìn)、出口管到通道之間的順 利過渡。2）在導(dǎo)流片中流動阻力應(yīng)保持在最小的恒定值。3）導(dǎo)流片耐壓強(qiáng)度應(yīng)與整個板束的承壓能力匹配。4）便于制造。導(dǎo)流片的布置形式與封頭及換熱器的結(jié)構(gòu)形式密切相 關(guān)。封頭的設(shè)計(jì)主要取決于工作壓力、流體股數(shù)、換熱器的流道 布置以及是否切換等。設(shè)計(jì)原則：二、翅片的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)翅片的基本尺寸 翅片的當(dāng)量直徑De 單層通道流通

6、截面積Ai H-翅片高；d-翅片厚度；s-翅片間距，s=x+d；Le-單元有效長度；B-單元有效寬度；x-內(nèi)距；y-內(nèi)高，y=H-d； n 層通道自由流通的截面積A n 層通道的總傳熱面積F n 層通道的一次傳熱面積Fb n 層通道的二次傳熱面積Ff 三、熱工設(shè)計(jì)1、翅片效率與表面效率 翅片及其表面溫度分布示意圖 隔板直接傳遞的熱量Qb 沿翅片傳遞熱量Qf 翅根溫度tw高于翅片中心處表面溫度to，引入翅片效率hf，用tw代替tm，翅片效率的意義：表示翅片的實(shí)際傳熱量(在翅片表面平均溫度tm下)和理想的最大可能傳熱量(在翅根溫度tw下)之比。二次傳熱面與一次傳熱面的效果不同，當(dāng)按一次傳熱面統(tǒng)一處

7、理時，二次傳熱面應(yīng)打的折扣。一般m-翅片參數(shù)；b-熱傳導(dǎo)距離，指由翅片根部至翅片表面溫度梯度為零截面的距離，它與熱流體的布置方式有關(guān)。翅片低而厚，則hf高；翅片高而薄，則hf低；翅片與流體間的對流換熱系數(shù)越小，則hf高；翅片材料的導(dǎo)熱性能越好，則則hf高。翅片選擇首先作翅片選型，再確定其幾何參數(shù)。根據(jù)工作壓力、傳熱能力、允許壓降、流體性能、流體有無相變及流體對流換熱系數(shù)大小進(jìn)行選擇。翅片表面總效率對于冷熱通道間隔排列的板翅式換熱器，它們之間的傳熱量于是 所以 h0-翅片表面總效率 翅片表面總效率是把二次傳熱面和一次傳熱面同等看待，認(rèn)為都處于一次傳熱面的傳熱溫差（twtf）下時，對總傳熱面所應(yīng)打

8、的折扣。翅片表面總效率的意義翅片表面效率h0大于翅片效率hf ， hf高，則h0高。翅片表面效率和翅片幾何參數(shù)及換熱系數(shù)的關(guān)系可參見有關(guān)圖表。 2、換熱與流動基本特征數(shù)的關(guān)系無相變翅片性能曲線 1.平直翅片2.鋸齒翅片3.多孔翅片根據(jù)翅片性能曲線，你和得到傳熱因子（摩擦系數(shù)）與雷諾數(shù)的關(guān)聯(lián)式。 有相變的換熱系數(shù)計(jì)算目前研究尚不充分，可參見相關(guān)文獻(xiàn)。 有相變流動阻力的計(jì)算為簡化計(jì)算，可把板翅式換熱器分成入口端、出口端和中心部分三個部分來分別計(jì)算流體流動過程中產(chǎn)生的壓力損失。 入口端-換熱器的自由流通面積與橫截面積之比，近似等于1； Kc-收縮阻力系數(shù)； G-流體在板束間的質(zhì)量流速，G=rl u。 出口端中心部分總壓力降P即為三者之和，即 PP1P2P3 Ke-阻力擴(kuò)大系數(shù) f -摩擦因子；L-換熱器通道長度de-通道當(dāng)量直徑m為流體平均密度， 板翅式換熱器中，換熱表面的摩擦損失是引起壓降的主要部分，工程計(jì)算時，一般只計(jì)算這一部分的壓力損失。 四、性能特點(diǎn)1）結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，重量輕，耗材少；2）傳熱效率高；（翅片對邊界層的抑制作用