完整版板翅散热器性能计算报告.docx

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完整版板翅散热器性能计算报告

空气一水热交换器性能计算报告

.、八、-

刖言：

空气-水热交换器利用风扇驱动环境空气来冷却系统内的乙二醇-水混合液。

根据GE公司提供的参数，本文计算了该板翅式热交换器（结构尺寸最大为879mm

x460mrK58mr）i的换热性能和流阻。

设计

校对

审核

审定

批准

1技术参数和技术要求

1.1技术参数

要求热交换器热边出口温度60C，冷边空气入口温度取45C。

热边：

乙二醇—水混合液，t/=60CGi=37.85L/min（10gpm）

/33

冷边：

环境空气，12=45EG2=0.85m/s（1800ft/min）

1.2技术要求

换热量11kVV热边流阻不大于8.72kPa,冷边流阻不大于74.7Pa。

2计算数学模型分析

该热交换器的计算，实际上是在结构尺寸基本给定情况下的校核计算。

根据已知的资料，该热交换器为热边两流程、冷边单流程纯叉流热交换器，去掉必要的结构尺寸，其芯体尺寸为750X396X58,如图1（a）所示。

这可看作是两个完全相同，热容比C*相等的的单程叉流热交换器芯体的组合，可折算为一个如图1（b）所示芯

体进行计算。

L—1500mmL?

=58mm4=198mm隔板厚度Szu=0.4mm，热边圭寸条宽度B=

4mm冷边圭寸条宽度R=6mm

图1芯体示意图

3设计计算

设计计算由热交换器的热力性能计算和流体阻力计算两部分组成。

3.1热力性能计算

热边（乙二醇-水混合液边）采用矩形锯齿形波纹板，波纹板的结构示意图见图2a,数据如下：

冷边（空气边）采用百叶窗式波纹板，波纹板的结构示意图见图2b,数据如下:

p=4.7mm21o=9.3mmS2=0.10mm

百叶窗节距lp=1.1mm百叶窗高度lh=0.54mm百叶窗长度lj=7mm

百叶窗式波纹板几何参数

图2b百叶窗式波纹板示意图

计算热边层数N、冷边层数N

由热交换器芯体结构可知，冷边层数N要比热边层数N多一层，即N2=Ni+1,

取隔板厚度为Sz尸0.4mm

（hi+2zu）Ni+2loN2=Ln

（3+2X0.4）N+9.3（Ni+1）=198

N=14N2=15

则实际Ln/=（3+2X0.4）X14+9.3X15=192.7

3.1.1计算当量直径de

乙二醇一水边de1:

X1=bi-S1=3.5-0.15=3.35mmY1=h1-S1=3-0.15=2.85mm

则de1=2XY/（X+Y1）

=2X3.35X2.85/（3.35+2.85）

=3.080X10-3m

空气边de2：

11

2波高实长=2「'0

则de2=4（Pl0-2lS2）/（P+4l）

=4X（4.7X4.65-2X4.796X0.10）/（4.7+4X4.796）=3.499X10-3m

3.1.2计算流体流通面积Ff

Rf=NXY（L2-2XB1）/b1（应考虑热边封条宽度）

=14X3.35X2.85X（58-2X4）/3.5

=0.1910X10-2m

F2f=N（L1-2XB2）（2I0—4lSl/P）（应考虑冷边封条宽度）

=15X（1500-2X6）（9.3—4X4.796X0.10/4.7）

2

=0.1985m

3.1.3计算迎风面积Fy

F1y=L2XLn/=58X192.7=0.0112m2

/2

F2y=L1XLn=1500X192.7=0.2891m

3.1.4计算孔度c

（Ti=Fif/Fiy=0.1910X10-2/0.0112=0.171

c2=F2f/F2y=0.1983/0.2891=0.687

3.1.5共用主传热面积Fzu

Fzu=2NLil_2

=2X14X1500X58

=2.436mi

3.1.6定性温度tf

根据公式Q=Gm•CP-（t/-t1〃）,其中：

3.1.8水当量W热容比C,假设效率n0

W=GG1

=37.85L/min/60X1.0325kg/LX0.8066kcal/（kg-C）

=0.5254kcal/（s-C）

W=GG2

=0.85m3/sX1.0897kg/m3X0.240kcal/（kg-C）

=0.2223kcal/（s-C）

C=W/n/W/nax

=0.2223/0.5254

=0.4231

则热交换器假设效率n0=处t1^05254亘60=0.5909

Wnint,t20.22236545

3.1.9质量流速3

3i=G/F1f

=（37.85L/minx1.0325kg/L）/（60x0.1910x10-2简

2

=341.01kg/m•s

32=G/F2f

=0.85m3/sx1.0897kg/m3/（0.1985m2）

2

=4.669kg/（m•s）

3.1.10计算雷诺数Re普郎特数Pr

Re=3血/（卩1g）

23422

=341.01kg/（m.s）x3.080x10-m/（1.5255x10-kg.s/mx9.81m/s）

=701.84

Rq=32de2/（卩2g）

=4.669kg/（m2.s）x3.50x10-3m/（2.005x10-6kg.s/m2x9.81m/s2）=830.82

Pr1=卩1g6/入1

=（1.5255x10-4x9.81x0.8066）x3600/0.3975

=10.93

3.1.11计算放热系数a和摩擦因子f

乙二醇—水边为矩形锯齿形波纹板，根据资料[2]P173，对于Re<1000，其准

则方程适用于式（6-65）、（6-66）:

l1/de1=1.623a1=b/h1=1.167de1=3.080Re1=701.84

f1=7.661（l1/de1）-0.384a*-0.092Re-0.712

=7.661x1.623-0.384x1.167-0.092x701.84-0"12

=0.0590

j1=0.483（1i/dei）-0.162ai*-0.184Re-0536

=0.483X1.623-0.162X1.167-0.184X701.84-0.536

=0.0129

则a1=j131CP1/Pr10.67

=0.0129X341.01X0.8066X3600/10.930.67

2

=2581.17kcal/（m•h•T）

空气边为百叶窗式波纹板，根据资料[3]P166,Davenport公式:

f2=5.47Re2P-0.721h0.37（2l）0.231P°.2（）0.89（适用条件：

70vRq=830.82v1000）

2l

j2=0.249Re2P-0.421h0.332l0.26（L）1.1（适用条件：

300vRq=830.82v4000=2l

式中Re2P以百叶窗的节距Ip为特征长度，即以Ip为当量直径:

=261.12

3.1.12计算肋片效率

资料[2]P154式（6-15）（6-16）:

Ii=3/2-0.15=1.35mm

ml1=473.77X1.35X10-3=0.599

niL=th（m1i）/m11i=th（0.659）/0.659=0.895

空气边为百叶窗式波纹板，由资料[2]P154式（6-15）（6-16）:

:

22I__2128.10-cm-1

m=「——23=119.30m

Yf2\1800.10103

12=4.796-0.10=4.696mm

ml2=119.30X4.696X10-3=0.560

n2L=th（m2l2）/m2l2=th（0.560）/0.560=0.907

3.1.13肋片有效传热面积Fl

Rl=2N（L2-2B1）LUn1L/b1（应考虑冷边封条宽度）

=2X14X（58-2X4）X1500X2.85X0.895/3.5

=1.5305m2

F2l=N[（L1-2B2）4IL2X2/P]n2l（应考虑冷边封条宽度）

=15X[58X（1500-2X6）X4X4.796X2/4.7]X0.907

2

=9.5852m

3.1.14总有效传热面积Fe

F〔e=Fzu+F1L

=2.436+1.5305=3.9665m2

F2e=Fzu+F2L

=2.436+9.5852=12.0212m2

3.1.15计算KF值，NTUfi

NTU=KF/W

=1338.58kcal/（h「C）/（0.2223kcal/s「CX3600）

=1.673

3.1.16计算效率n

两边流体均不混合，按资料[2]P161式（6-35）计算ni值：

ni=1-exp{NTU022[exp（-C*NTU78）-1]/C*}=1-exp{1.6730.22[exp（-0.4231x1.6730.78）-1]/0.4231}=0.7106

3.1.17散热性能分析

本文计算的效率值（0.7106）大于假设效率（0.5909）。

本文计算的换热器效率是趋于保守的，可从以下两点来分析：

（1）计算数学模型时，是将热边作为单流程来处理的，而实际上产品热边是两流程，在两流程拐弯处流体有一定的混合，使换热性能有一定提高；

（2）选用n计算公式时，按两侧流体均不混合来进行计算的，而实际所选用的波纹板为锯齿形波纹板和百叶窗式波纹板，流体在其中流动时均有一定的混合，这对改善换热性能有一定好处。

工作中本产品性能可以满足要求。

3.1.18计算冷热边出口温度

冷边：

t2〃=t2/+n（如）（t1/-t2/）=45+0.7106x（°i2223）%（65-45）=59.21C

W20.2223

高于假设的57C。

热边：

t1//=t1/-n（Wmin）（t1/-t2/）=65-0.7106x（°j2223）%（65-45）=58.99CW0.5254

低于要求的出口温度60C。

3.1.19热交换器设计换热量Q

Q=nWZin（t1-t2）

=0.7106x（65-45）Cx0.2223kcal/（s•C）x3600=11373.58kcal/h=13.23kW大于要求的11kW的换热量。

3.2计算流体压力损失△P

流体流经紧凑式热交换器时，一般在芯体进口处发生流动收缩，而在出口处发生流动膨胀现象，这种突然的流动收缩和膨胀，都会引起附加的流体压力损失。

此外，流体流经芯体时有摩擦损失。

在多流程热交换器中，流体在连接端盖处拐弯，

也有附加的压力损失。

故热交换器的总压力损失包括热交换器芯体进口压力损失、热交换器芯体出口压力回升、芯体内的沿程损失及连接端盖的附