1、板翅式熱交換器,一、結構,二、幾何尺寸計算,三、傳熱設計計算,四、通道設計,五、設計步驟,一、結構,板翅式熱交換器 plate-fin heat exchanger,通常由隔板、翅片、封條、導流片組成。在相鄰兩隔板間放置翅片、導流片以及封條組成一夾層，稱為通道，將這樣的夾層根據流體的不同方式疊置起來，釬焊成一整體便組成板束，板束是板翅式換熱器的核心,工作原理,特點,特點： 1.傳熱效率高： 2. 結構緊湊：m2/m3； 3. 輕巧而牢固：采用鋁錳合金制造，重量輕；波形翅片即是主要傳熱表面，又是兩板支撐，強度高，耐壓。 4. 適應性大：可用氣-氣、氣-液、液-液的熱交換，亦可用作

　　2、冷凝與蒸發(fā)。 缺點： 流通通道小，易堵塞，清洗困難。 檢修，探傷很困難,應用,空氣分離裝置：可逆式換熱器，冷凝蒸發(fā)器，液化器，液氮和液態(tài)空氣過冷器； 石油化工：天然氣液化、分離裝置，合成氨工業(yè) 動力機械：內燃機車散熱器，汽車散熱器、挖掘機循環(huán)油冷卻器和壓縮空氣空冷器、油冷器； 原子能和國防工業(yè)：氫液化氣和氮液化器,1. 翅片,翅片是板翅式換熱器的*基本元件。 冷熱流體間大部分通過翅片，小部分直接通過隔板來進行。 翅片傳熱面積大約為熱交換器總傳熱面積的67%88%。 有翅片比沒有翅片的熱交換器體積減少了18%以上。 若翅片效率*低為70%時，其重量可減少10,1. 翅片,翅片是板翅式換熱器的*基

　　3、本元件。 冷熱流體間大部分通過翅片，小部分直接通過隔板來進行。 翅片傳熱面積大約為熱交換器總傳熱面積的67%88%。 有翅片比沒有翅片的熱交換器體積減少了18%以上。 若翅片效率*低為70%時，其重量可減少10,100,90,100,重量,體積,82,1. 翅片,1）平直翅片 又稱光滑翅片。其主要作用是擴大傳熱面，但對于促進流體湍流的作用很少。 換熱系數(shù)和阻力系數(shù)都比較小，強度較高。宜用于要求較小的流體阻力和自身傳熱性能較好（液側或相變）的場合。 用于高壓板式換熱器較多,1.翅片,2）. 鋸齒形翅片 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。 對促進流體的湍流，破壞熱邊界層十分

　　4、有效。 壓頭損失相同的條件下傳熱系數(shù)比平直翅片高30%以上。“高效能翅片”。 傳熱性能好，壓力降增加。 在傳熱面積相同時，壓力損失比平直翅片小。 用于需要強化傳熱（氣側）的場合,1.翅片,3）. 多孔翅片 在平直翅片上沖出許多圓孔或方孔。開孔率5%-10%。 翅片上的孔使傳熱邊界不斷破裂、更新，提高了傳熱效果。雷諾數(shù)比較大時傳熱系數(shù)更高。但是會出現(xiàn)噪音和振動。有利于沖刷排除流體中雜質顆粒。 主要用于導流片及流體中夾雜顆?；蛳嘧儞Q熱的場合,1.翅片,4）. 波紋翅片 平直翅片上壓成一定的波紋。使得流體在彎曲流道中不斷改變流動方向，以促進流體的湍流，分離或破壞熱邊界層。 其效果相當于翅片的折斷，波

　　5、紋越密，波幅越大，其傳熱性能越好,2. 其他結構,1. 封條：使流體在單元體的流道中流動而不向兩側外流。 2. 導流片：把流體均勻地引導到翅片的各流道中。 3. 隔板與蓋板：蓋板起到承受壓力和保護作用，厚度較大,3.流道布置形式,1）逆流：*為普遍,2）順流：應用較少。主要用在加熱時避免流體被加熱到高于某一規(guī)定溫度的場合,3.流道布置形式,3）錯流：*基本的布置方式。 使換熱器布置合理,4）錯逆流：兩流體在各自流道中彼此成直角方向流動，其中**體是按逆流方向經過幾次錯流,3.流道布置形式,5）混流：某些流體是錯流，另外一些是逆流?？梢酝瑫r處理幾種流體的熱交換，并合理分配各種流體的傳熱面積。 可

　　6、以將幾個換熱器并成一個。結構緊湊，生產操作方便，使冷（熱）量損失減少到*低程度。但制造困難,3.流道布置形式,6）組裝結構：將多個板束串聯(lián)或者并聯(lián)，組成一個大型的板翅式換熱器的組裝體。 解決換熱器在制造時截面積和長度的限制,二、幾何尺寸,1 幾何尺寸計算,hf-翅片高度，m； -翅片厚度，m； sf-翅片間距，m； B-翅片有效寬度，m； Le-翅片有效長度，m； n-通道層數(shù)； x-翅片內距x=s- ，m； y-翅片內高y=h- ，m,幾何尺寸 計算,1)當量直徑,2)通道橫截面積A,對于每層單元，通道的橫截面積為 ,m2,芯體的n層通道的橫截面積為 ,m2,3)通道橫截面積A,n層通道的一

　　7、次傳熱面積 ,m2,n層通道的二次傳熱面積 ,m2,n層通道的總傳熱面積 ,m2,幾何尺寸 計算,三、傳熱計算,1）翅片效率：翅片的實際傳熱量和理想的*大可能傳熱量之比,1) 翅片效率和翅片壁面總效率,通過一次傳熱面的熱量,壁面與流體間的給熱系數(shù)，W/m2 K F1-次傳熱面積，m2；tW-隔板表面溫度；T-流體溫度，K,2 傳熱設計計算,由于沿氣流方向的翅片長度大大超過翅片厚度，所以翅片的導熱可以作為一維導熱處理。 根據翅片表面溫度分布曲線，兩端溫度*高等于隔板表面溫度tW ，而隨著翅片與流體的對流給熱，溫度不斷降低，在翅片中部趨于流體溫度T,通過二次傳熱面的熱量,翅片效率,可見，翅片效率就

　　8、是二次傳熱面的實際平均傳熱溫差和一次傳熱面?zhèn)鳠釡夭畹谋戎?換算成,傳熱 計算,在忽略金屬翅片厚度方向溫度梯度的前提下，在截面和之間的翅片中，由于導熱所得到的熱量為,同時這段翅片與流體之間通過對流換熱得到的熱量為,在假設傳熱過程穩(wěn)定的前提下，有如下等式成立,解微分方程,傳熱 計算,由解式可看出，操作時沿翅片高度溫差是變化的，在翅片整個高度上平均溫差可由解式根據中值定理求出,根據翅片效率的定義，即翅片的平均溫差與翅片根部溫差的比值，得,上式中 為雙曲正切函數(shù),傳熱 計算,對于兩股流板翅式換熱器，當一個熱通道與一個冷通道間隔排列時，根部溫差對稱，則 ，并用定性尺寸表示，翅片效率 可以表示為,其中,式

　　9、中： b-翅片的定性尺寸，m -流體換熱系數(shù)，W/m2 K r-污垢熱阻，m2 K/W,傳熱 計算,翅片的定性尺寸是指二次表面熱傳導的*大距離，通道中的傳熱具有對稱性時，在計算時可根據下圖來確定,冷熱通道間隔,兩個熱通道之間隔兩個冷通道,兩個熱通道之間隔三個冷通道,傳熱 計算,翅片低而厚，效率高； 翅片與流體間的換熱系數(shù)小，效率高； 翅片材料的導熱性能好，效率高,傳熱 計算,1）翅片壁面總效率,板翅式換熱器的總的傳熱量等于一次傳熱面和二次傳熱面的傳熱量之和,對于二股流換熱器，當一個熱通道和一個冷通道間隔排列時，可以表達為,可以設想這樣一個傳熱面 和綜合的表面效率 ，板翅式換熱器的總傳熱方程式可

　　10、以寫成,傳熱 計算,又因,因此,所以,由于 總是小于1，所以翅片壁面總效率 總是大于 翅片效率 。同理，翅片效率 越高，則表面效率也越大,傳熱 計算,翅片的傳熱方程和一般的換熱器傳熱方程的差別僅在于考慮翅片壁面總效率,熱流體的傳熱方程式為,冷流體的傳熱方程式為,在穩(wěn)定傳熱情況下， ，將上兩式相加得,傳熱 計算,2) 傳熱量和傳熱系數(shù)計算,所以,同理得,式中： -對應于熱流體通道的總傳熱系數(shù)，W/m2K -對應于冷流體通道的總傳熱系數(shù)，W/m2K,傳熱 計算,前兩式中忽略了污垢熱阻和隔板的導熱熱阻，考慮以上因素后，可分別表示為,式中： -冷流體的污垢熱阻，m2K/W -熱流體的污垢熱阻，m2K/

　　11、W -隔板的導熱系數(shù)，W/mK -隔板厚度，m,傳熱 計算,在板翅式換熱器中，流體無相變時的換熱系數(shù)，同樣是通過實驗研究*后整理成方程而求得的。 板翅式換熱器中常用斯坦頓準數(shù)，其計算公式如下,1）流體無相變時的換熱系數(shù),式中： -流體的換熱系數(shù)，W/m2K -斯塔頓準數(shù)（無因次） -流體的定壓比熱，J/kgK -普蘭特準數(shù)（無因次） -流體的質量流速，kg/m2s -傳熱因子（無因次,傳熱 計算,3) 換熱系數(shù)的計算,2）液體沸騰側的換熱系數(shù),有關板翅式換熱器的兩相流換熱系數(shù)的計算過去所做的工作較少，只能使用單管的計算公式來近似地計算冷凝、沸騰和多組分系統(tǒng)的換熱系數(shù)。 所以液體在核態(tài)沸騰時，其換熱系數(shù)可以按下式計算,下標：表示液相，表示汽相,傳熱 計算,四、通道設計,4.通道設計,通道設計是板翅式換熱器設計的關鍵問題，通道分配、排列是否合理直接決定著板翅式換熱器的性能與指標,通道排列的設計原則： 1）盡可能做到局部熱負荷平衡，以減少過剩熱負荷與傳導距離。 2）通道分配應使各個通道

部分內容來源于網絡，僅用于學習分享，如發(fā)現(xiàn)有侵權，請及時聯(lián)系刪除，謝謝。