高效換熱器及強(qiáng)化傳熱-板翅式熱交換器---副本資料培訓(xùn)講學(xué)

1、高效換熱器及強(qiáng)化傳熱-板翅式熱交換器-副本資料高效間壁式熱交換器 板翅式熱交換器 1）構(gòu)造和工作原理高效間壁式熱交換器 板翅式熱交換器 1）構(gòu)造和工作原理高效間壁式熱交換器 板翅式熱交換器 1）構(gòu)造和工作原理 翅片 翅片是板翅式換熱器最基本的元件。冷、熱流體之間的熱交換大部分通過翅片傳遞，小部分直接通過隔板來進(jìn)行。正常設(shè)計中，翅片傳熱面積大約為熱交換器總傳熱面積的67%-88%。 翅片與隔板之間采用釬焊連接，翅片稱為“二次表面”。 翅片除承擔(dān)傳熱任務(wù)外，還起著兩隔板之間的加強(qiáng)作用，因此，通道能承受較高的壓力。 平直翅片： 由薄金屬片滾軋（或沖壓）而成。主要作用是擴(kuò)大傳熱面。其傳熱特性和流動特性

2、與流體在長圓管中相似。相對于其他翅片，換熱系數(shù)和阻力系數(shù)都較小，宜用于較小的流體允許阻力而自身傳熱性能又較好（如液側(cè)或發(fā)生相變）的場合。翅片強(qiáng)度較高，可用于高壓工況。 鋸齒翅片： 可以看作平直翅片被切成許多短小的片段，相互錯開一定的間隔而形成。有利于促進(jìn)流體的湍動，破壞熱邊界層。在壓力損失相同的條件下，傳熱系數(shù)比平直翅片高30%以上。在傳熱量相同的條件下，其壓力損失比平直翅片小。傳熱性能隨翅片切開長度而變化，長度越短，傳熱性能越好，但壓力降增加。適用于需要強(qiáng)化傳熱的場合（尤其是氣側(cè)）。 多孔翅片： 在平直翅片上沖出許多圓孔或方孔而成。開孔率一般在5-10%之間?？椎呐帕杏虚L方形、平行四邊形、正

3、三角形三種。翅片上的孔使熱邊界層不斷破裂，重新發(fā)展，提高了傳熱效果。它在Re數(shù)比較大的范圍內(nèi)（1000-10000）比平直翅片的換熱系數(shù)高，但在高Re數(shù)范圍會出現(xiàn)噪音和振動。多孔翅片主要用于導(dǎo)流片及流體中夾雜顆?；蛳嘧儞Q熱的場合。 波紋翅片： 在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。波紋愈密，波幅愈大，其傳熱性能愈好。高效間壁式熱交換器 板翅式熱交換器 1）構(gòu)造和工作原理 封條高效間壁式熱交換器 板翅式熱交換器 1）構(gòu)造和工作原理 導(dǎo)流片和封頭： 為了便于把流體均勻地引導(dǎo)到翅片的各流道中或匯集到封頭中，一般在翅片的兩端

4、均設(shè)有導(dǎo)流片。導(dǎo)流片也起保護(hù)較薄的翅片在制造時不受損壞和避免通道被釬劑堵塞的作用。它的結(jié)構(gòu)與多孔翅片相同，但翅距、翅厚和小孔直徑比多孔翅片大。 封頭的作用就是集聚流體，使板束與工藝管道連接起來。高效間壁式熱交換器 板翅式熱交換器 1）構(gòu)造和工作原理 導(dǎo)流片和封頭 導(dǎo)流片的布置型式： I型主要是由于在熱交換器的端部有兩個以上的封頭，因此要用導(dǎo)流片把流體引導(dǎo)到端部一側(cè)的封頭內(nèi)。 II型是由于在熱交換器端部有三個以上的封頭，要把一股流體引導(dǎo)到中間封頭內(nèi)。 III型主要是用于熱交換器端部敞開或僅有一個封頭的情況。 IV型是為了滿足把封頭布置于兩側(cè)的需求。 V型是為了滿足管路布置需要而采用的。高效間壁式

5、熱交換器 1）構(gòu)造和工作原理 隔板與蓋板： 隔板材料是在母體金屬（鋁錳金屬）表面覆蓋一層厚約0.1-0.4mm，含硅5-12%的釬料合金。在釬焊時釬料合金熔化而使翅片與金屬平板焊接成整體。為了焊接方便，可將釬料軋制成薄片再用機(jī)械方法布覆于鋁材表面，成為一種釬焊用復(fù)合板。隔板厚度一般為1-2mm，最薄為0.36mm。 板束最外側(cè)的板稱為蓋板，它除了承受壓力外還起保護(hù)作用，厚度一般為5-6mm。它與翅片的焊接多數(shù)采用板下加焊片的方法，焊片厚度與隔板復(fù)合層相同。高效間壁式熱交換器 板翅式熱交換器 1）構(gòu)造和工作原理 流程布置高效間壁式熱交換器 板翅式熱交換器 1）構(gòu)造和工作原理 流程布置高效間壁式熱

6、交換器 板翅式熱交換器 1）構(gòu)造和工作原理 流程布置高效間壁式熱交換器 板翅式熱交換器 1）構(gòu)造和工作原理 流程布置高效間壁式熱交換器 板翅式熱交換器 1）構(gòu)造和工作原理 組裝結(jié)構(gòu)： 由于板翅式熱交換器在制造時截面積和長度都受到釬焊工藝的限制，因此在使用中，單個板束的熱交換器往往不能滿足需要，常常采用將多個相同的板束串聯(lián)或并聯(lián)，組成一個大型的組裝體。 在組裝體中，可采用并聯(lián)組裝、串聯(lián)組裝和串并聯(lián)混合組裝。并聯(lián)組裝用集流管及分配管將其連成一個整體。高效間壁式熱交換器 板翅式熱交換器 1）構(gòu)造和工作原理 組裝結(jié)構(gòu)高效間壁式熱交換器 板翅式熱交換器特點(diǎn)： 傳熱強(qiáng)度高。由于翅片表面的孔洞、縫隙、彎折等

7、促使湍動，破壞熱阻大的層流底層，所以特別適合于氣體等傳熱性能差的流體間傳熱?？諝鈴?qiáng)迫對流時的傳熱系數(shù)：35-350W/(m2)，油強(qiáng)迫對流時的傳熱系數(shù)：115-1745W/(m2)，水沸騰時可達(dá)1745-35000W/(m2)。 結(jié)構(gòu)緊湊。翅片為0.2-0.3mm厚的鋁合金材料，布置得很密。緊湊度一般為1500-2500m2/m3，最高可達(dá)4370m2/m3。 耐壓性?？沙惺?0MPa以上的工作壓力。 多股流?？稍试S2-9股流體同時換熱。 耐溫性。可在-273-+500范圍內(nèi)使用。 缺點(diǎn)：流道狹小，容易堵塞，清洗污垢困難。高效間壁式熱交換器 板翅式熱交換器 2）設(shè)計計算 首先根據(jù)已定工作條件，

8、即熱負(fù)荷、允許壓降、流體特性、有無相變、溫差大小、最高工作壓力等因素，選定翅片型式和規(guī)格，然后進(jìn)行計算。 幾何尺寸：高效間壁式熱交換器 2）設(shè)計計算 （1）當(dāng)量直徑： （2）通道自由流通面積： （3）傳熱面積：高效間壁式熱交換器 （4）翅片效率： a. 隔板傳給流體的熱量：高效間壁式熱交換器 翅片效率： b. 翅片傳給流體的熱量： 取距翅根x處的微元段dx加以討論。忽略翅厚方向溫度梯度。cdxxxQQQdxdtlQfx)(dxdxdttdxdlQfdxx)(2fcttdxlQsr11)(222ffttdxtdftt fm20222mdxd)sinh()(sinh)sinh(mHxHmmxHmm

9、HmHdxH02/)2/tanh(21高效間壁式熱交換器 2）設(shè)計計算 上式中的H實(shí)質(zhì)上是代表二次表面熱傳導(dǎo)的最大距離，相當(dāng)于“定型尺寸”，以b代表，故：mbmbf)tanh(高效間壁式熱交換器 3.3 板翅式熱交換器 2）設(shè)計計算mbmbf)tanh(高效間壁式熱交換器 3.3 板翅式熱交換器 2）設(shè)計計算mbmbf)tanh(高效間壁式熱交換器 （5）翅片壁面總效率 。 對于兩股流換熱器兩股流換熱器，當(dāng)一個熱通道和一個冷通道間隔排列時，F(xiàn)=F1+F20高效間壁式熱交換器 翅片壁面總效率 物理意義：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（tw-tf）下時，對總傳熱面

10、所打的折扣。由此所得的傳熱面積稱為有效傳熱面積（Fe=F0）。0 當(dāng)一個A通道與兩個B通道間隔排列，ABBABBABB，對兩個B通道通道而言：高效間壁式熱交換器 （6）冷、熱兩種流體，一個冷通道與一個熱通道間隔排列。 傳熱量、傳熱系數(shù)及換熱系數(shù)的計算。 ： 傳熱量：高效間壁式熱交換器 傳熱量、傳熱系數(shù)及換熱系數(shù)的計算 ：高效間壁式熱交換器 傳熱量、傳熱系數(shù)及換熱系數(shù)的計算 ： a.無相變換熱系數(shù)：(Re)PrPr3/23/2fGcStjp3/23/2Pr(Re)PrGcfGcjpp 擬合公式，也適用我國生產(chǎn)的翅片：高效間壁式熱交換器 傳熱量、傳熱系數(shù)及換熱系數(shù)的計算 ： b.有相變換熱系數(shù)：

11、冷凝換熱（液膜為層流）： ； 冷凝換熱（液膜為紊流）： ； 沸騰換熱： 。3/12323/1)(Re38409.18llllc3/132)(079419. 9qdlellc33. 031. 0) 1()(262. 0vllplsbpqcc高效間壁式熱交換器 板翅式熱交換器 壓力損失計算 ：高效間壁式熱交換器 板翅式熱交換器 壓力損失計算 ：高效間壁式熱交換器 板翅式熱交換器 壓力損失計算 ：高效間壁式熱交換器 （7）多種流體換熱近似計算法高效間壁式熱交換器 （8）多種流體換熱精確計算法0)(222TtPdxtd)cosh()sinh(PxBPxATt)sinh()cosh(PxBPxAPdxd

12、t)0()()1( iitht)0()()1( iiqhq)()1 ()()(htTfdxdtfhqiiiihxiii)0()1 ()()0(11110111iiiixiiiTtfdxdtfq0)()0(1hqqn 其中，a和b為三對角矩陣，A A和T T為列矩陣。又: 可得:bTaAeTdAB)()0()(hqqdldQiiiiiieidldQcVBdldT)()(RTvBuAlT)(高效間壁式熱交換器 板翅式熱交換器 （9）通道排列問題 ：要避免流體溫度交叉和通道局部熱負(fù)荷不平衡現(xiàn)象。 Y.N.Fan提出采用隔離疊置排列方法，如 BABABABABABABAACACAADADADAD W.

13、Suessmann和A.Mansour提出局部熱負(fù)荷不平衡問題高效間壁式熱交換器 板翅式熱交換器 （10）單元尺寸的決定和設(shè)計步驟高效間壁式熱交換器 板翅式熱交換器 （10）單元尺寸的決定和設(shè)計步驟 鹽浴浸漬釬焊和無溶劑真空釬焊是兩種最重要的釬焊方法，從20世紀(jì)80年代后期起，后者逐漸取代前者。 無溶劑真空釬焊的生產(chǎn)過程與鹽浴浸漬釬焊相近，所不同的是，沒有由堿金屬及堿土金屬與鹵族元素組成的氯化物和氟化物組成的金屬鹽作釬劑，并在Al-Si系釬料中添加少量鎂，形成Al-Si-Mg三元共晶釬料，在高真空狀態(tài)下，依靠電磁輻射加熱鎂蒸發(fā)，鎂蒸氣一方面使鋁表面氧化膜破裂，另一方面起吸氣和脫氣作用，減少或消除鋁表面氧化膜的形成，保持爐內(nèi)真空（10-3-10-4Pa）。釬焊溫度在590-605。 1991年杭氧引進(jìn)了美國SW公司大型真空釬焊爐及其生產(chǎn)技術(shù)。液氦設(shè)備上的熱交換器