板翅式热交换器通常由隔板、翅片、封条、导流片组成。在相邻两隔板间放置翅片、导流片以及封条组成一夹层,称为通道,将这样的夹层根据流体的不同方式叠置起来,钎焊成一整体便组成板束,板束是板翅式换热器的核心。
工作原理:
1.隔板、翅片及封条三部分构成其主要结构;
2.冷、热流体在相邻的基本单元的流道中流动,通过翅片和隔板进行热交换;
3.许多个这样的基本单元叠置起来,钎焊成板束或芯体。
特点:
1.传热效率高:
2.结构紧凑:1000~2500m2/m3;
3.轻巧而牢固:采用铝锰合金制造,重量轻;波形翅片即是主要传热表面,又是两板支撑,强度高,耐压。
4.适应性大:可用气-气、气-液、液-液的热交换,亦可用作冷凝与蒸发。
缺点:
流通通道小,易堵塞,清洗困难。
检修,探伤很困难。
应用:
空气分离装置:可逆式换热器,冷凝蒸发器,液化器,液氮和液态空气过冷器;
石油化工:天然气液化、分离装置,合成氨工业;
动力机械:内燃机车散热器,汽车散热器、挖掘机循环油冷却器和压缩空气空冷器、油冷器;
原子能和国防工业:氢液化气和氮液化器。
结构:
1.翅片:
翅片是板翅式换热器的最基本元件。
冷热流体间大部分通过翅片,小部分直接通过隔板来进行。
翅片传热面积大约为热交换器总传热面积的67%~88%。
有翅片比没有翅片的热交换器体积减少了18%以上。
若翅片效率最低为70%时,其重量可减少10%。
(1)平直翅片
又称光滑翅片。其主要作用是扩大传热面,但对于促进流体湍流的作用很少。
换热系数和阻力系数都比较小,强度较高。宜用于要求较小的流体阻力和自身传热性能较好(液侧或相变)的场合。用于高压板式换热器较多。
(2)锯齿形翅片
可以看作平直翅片被切成许多短小的片段,相互错开一定的间隔。
对促进流体的湍流,破坏热边界层十分有效。
压头损失相同的条件下传热系数比平直翅片高30%以上。“高效能翅片”。
传热性能好,压力降增加。
在传热面积相同时,压力损失比平直翅片小。
(3)多孔翅片
在平直翅片上冲出许多圆孔或方孔。开孔率5%-10%。
翅片上的孔使传热边界不断破裂、更新,提高了传热效果。雷诺数比较大时传热系数更高。但是会出现噪音和振动。有利于冲刷排除流体中杂质颗粒。
主要用于导流片及流体中夹杂颗粒或相变换热的场合。
(4)波纹翅片
平直翅片上压成一定的波纹。使得流体在弯曲流道中不断改变流动方向,以促进流体的湍流,分离或破坏热边界层。
其效果相当于翅片的折断,波纹越密,波幅越大,其传热性能越好。
2.其他结构:
1)封条:使流体在单元体的流道中流动而不向两侧外流。
2)导流片:把流体均匀地引导到翅片的各流道中。
3)隔板与盖板:盖板起到承受压力和保护作用,厚度较大。
3.流道布置形式:
(5)混流:某些流体是错流,另外一些是逆流。可以同时处理几种流体的热交换,并合理分配各种流体的传热面积。
可以将几个换热器并成一个。结构紧凑,生产操作方便,使冷(热)量损失减少到最低程度。但制造困难。
(6)组装结构:将多个板束串联或者并联,组成一个大型的板翅式换热器的组装体。
解决换热器在制造时截面积和长度的限制。
几何尺寸:
1.几何尺寸计算:
传热计算:
(1) 翅片效率和翅片壁面总效率
1)翅片效率:翅片的实际传热量和理想的最大可能传热量之比。
由于沿气流方向的翅片长度大大超过翅片厚度,所以翅片的导热可以作为一维导热处理。
根据翅片表面温度分布曲线,两端温度最高等于隔板表面温度tW,而随着翅片与流体的对流给热,温度不断降低,在翅片中部趋于流体温度T。
通道设计:
通道设计是板翅式换热器设计的关键问题,通道分配、排列是否合理直接决定着板翅式换热器的性能与指标。
通道排列的设计原则:
1)尽可能做到局部热负荷平衡,以减少过剩热负荷与传导距离。
2)通道分配应使各个通道的计算长度基本相近。
3)应使同一股流体的各个通道的阻力基本相同,并使阻力低于控制值。
4)切换的通道数应相等,排列应比邻。
5)通道排列原则上应对称,便于制造装配。
设计步骤:
设计一个板翅式换热器其目的就是选择一个合适的翅片型式与参数,并确定通道排列,最终确定传热系数和传热面积,使其与各股流体的给热系数和传热面积相适应。
设计步骤:
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