空水冷却器设计.docx
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空水冷却器设计
2MW空水冷双馈风力发电机的空水冷却器设计说明书
一、设计要求
本设计适于环境温度409,海拔2200m环境。
换热量为39kW，冷却液为
55%乙二醇与45%纯水的混合溶液，流量为9m3/h,冷却液进水温度48°C，出水温度524C,冷却液压降0.05MPa;空气流量1.56m3/s,冷却器进风温度745C，出风温度53°C,空气允许压降135Pe。
设计选用的换热管外径8.8mm,内径7.5mm的冷却器结构设计
主要部件材料为
序号
部件
材料
1
冷却水管
BFe10-1-1（镍白铜）
2
散热片
T2（紫铜带）
3
密封材料
二兀乙丙橡胶
二、冷却器主要结构参数
表1结构参数表
序号
名称
符号
单位
公式
数据
1
冷却器长度
L
mm
查图
1400
2
冷却器宽度
W
mm
查图
375
3
冷却器高度
H
mm
查图
664.5
4
冷却器冷却部分长度
L，
mm
查图
1230
5
进水水箱长度
Li
mm
查图
268
6
进水水箱宽度
W1
mm
查图
263
7
散热片总长度
l
mm
查图
545.4
8
散热片总宽度
w
mm
查图
264
9
散热片厚度
S
mm
查图
0.15
10
两散热片间距
tp
mm
查图
2.15
11
散热片总数
N
—
已知
550
12
冷却管长度
lg
mm
查图
1194
13
冷却管外径
Dout
mm
查图
8.8
14
冷却管内径
Din
mm
查图
7.5
15
冷却管壁厚
S
mm
S
=（Dout-Din）/2
0.5
16
冷却管总数
nz
—
查图
192
17
每排冷却管总数
ng
—
查图
12
18
垂直流向的管排
中心距
S1
mm
查图
22
19
迎流方向的管排
中心距
s
mm
查图
30.3
20
冷却管进水法兰内径
①1
mm
查图
38
21
冷却管出水弯管内径
①2
mm
查图
38
三、满足设计要求所需要的散热器传热系数
表2海拔2200m环境所需要散热器传热系数计算表
序号
名称
符号
单位
公式
数据
1
换热量
Q
kW
已知
39
2
空气体积
流量
qva
m3/s
已知
1.56
3
进风温度
tai
°C
已知
74.5
4
出风温度
ta2
°C
已知
53
5
空气温差
At
°C
也ta=ta1—ta2
21.5
6
空气允许
压降
△p
Pa
已知
135
2
冷却液体积
流量
qw
m3/h
已知
9
3
进口冷却液
温度
twi
°C
已知
48
4
进口冷却液
密度
pi
kg/m3
查表
1070.94
5
冷却液比热
Cpw
kJ/（kgK）
查表
3.2973
6
冷却液温差
△w
°C
^w~Q/0w1Cpwq/w/3600）
4.42
7
出口冷却液
温度
tw2
°C
已知
52.4
8
冷却液平均
温度
twm
°C
twm=（twi*tw2产°.5
50.2
9
冷却液密度
p
kg/m3
查表
1063.95
10
冷却液的动
nw
kg/（ms）
查表
1961.2XO-6
力粘度
11
冷却液的普
朗特数
Pr
—
查表
16.9
12
冷却液导热
系数
W/（m・K）
查表
0.3821
13
冷却液流速
Vw
m/s
Vw=2汉qvw/3600Fw
1.11
14
管内雷诺数
Re
—
Re=Pw'VwDin/%
4514.7
15
管内Darcy阻
力系数
f1
—
f^（1.82lgRe-1.64『
0.038
16
管内努塞
尔数
Nu
—
N,「/8严—10°0
一1+12.7•孑TT8（Pr：
/3_1）
50.98
17
管内换热
系数
hi
W/（m2K）
h=Nu%/Din
2597.0
18
冷却液压降
△p
MPa
已知
0.05
19
冷却液密度
P1
kg/m3
查表
1063.95
20
冷却液比热
Cpw
kJ/（kgK）
查表
3.306
21
冷却液温差
△w
°C
△tw二Q/（巳1Cpw■CLw/3600
4.44
22
散热面积
F
m2
（江2
F=}沱w—nz汉二xdOL
V4“
汉2N+nz汉兀汉D°ut（tp—§"N—1）
1
}
1）
151.37
23
温度参数1
P
—
P=（ta2—tai）/（tw2—tai）
0.811
24
温度参数2
R
—
R=（tw1—tw2）/（ta2—tai）
0.205
25
修正系数
©
—
查图
0.845
26
对数平均
温差
Am
°C
f..（twi—ta2）—（tw2—tai
^tm—
ln[（twi—ta2）/（tw2—ta
）
i）]
11.51
27
修正后的传
热系数
W/（m2.K）
Q=iOOQQ/（F州
26・5
四、设计散热器的传热系数
表3海拔2200m环境所设计散热器传热系数计算表
序号
名称
符号
单位
公式
数据
1
换热量
Q
kW
已知
39
2
空气体积流量
qva
m3/s
已知
1.56
3
进风温度
tai
°C
已知
74.5
4
出风温度
ta2
°C
已知
53
5
空气温差
At
°C
人ta=tai—ta2
21.5
6
空气允许压降
Ap
Pa
已知
135
7
进口空气密度
pi
kg/m3
计算
0.7776
8
空气质量流量
qma
kg/s
已知
1.58
9
空气比热
Cpa
kJ/（kgK）
查表
1.00065
10
空气温差
At
°C
心ta=Q/（Pai'CpaQva）
24.44
11
空气平均温度
tam
°C
tam=（ta1乜2><0.5
63.75
12
空气密度
P
kg/m3
查表
0.8024
13
空气的动力粘
度
n
kg/（ms）
查表
19.9X0-6
14
空气导热系数
右
W/（m・K）
查表
2.9X0-2
15
散热面积
F
m2
（辽2、
F=lxw-nz汉丄xDout\
I4丿
X2N+nz5XD°ut（tp—&）
x（N—1）
151.37
16
管子面积
Fg
m2
FgDJg
5.4
17
冷却液流道
面积
Fw
m2
2
Fw=兀/4xDinnz/2
0.004239
18
空气最小流通
面积
Famin
m2
Famin=（tp-◎）（—Dout）
xngXN
0.17424
19
空气最大流速
Vamax
m/s
Vamax—qma/^amin
8.95
20
空气入口面积
Fa1
m2
Fa1十lg
0.651
21
空气入口速度
Va1
m/s
Va1=qva/Fa1
2.396
22
当量直径
De
mm
De=2（tp-&1）（S1-Dout）/（（tp-d）+（s-Dout）
3.47
23
管外雷诺数
Reo
—
Reo-PaVamaxDea
1585.1
24
管外换热系数
ho
W/（m2K）
实验值
44
25
管内换热系数
hi
W/（m2K）
h=Nu汎/Din
2597.0
26
镍白铜的导热
系数
入
W/（m・K）
查表
22
27
紫铜的导热
系数
入
W/（m-K）
查表
398
28
几何尺寸1
（图1）
a
mm
a=$/2
11
29
几何尺寸2
（图1）
b
mm
b=Ja2+（S2/2）2/2
9.36
30
肋根面积
A1
m2
A=N/2①乳Dout（tpY）
6.19
31
肋片突出面积
A
m2
A斗1/N（Tw—rpji/4Dt）]
148.23
32
肋效率组合
参数
m
—
m住吩）
39.0
33
无量纲肋高度
h
—
h=Js2/4+£/4/2-九/2
0.0096
34
肋效率
n
—
S=th（mh）/（mh）
0.96
36
肋面总效率
n
—
0.96
37
传热系数
K
W/（m2.K）
K=1/[（1/h+B/丸）f/ff+1/（hA]
29.0
38
空气阻力
心Pa
Pa
实验值
106
五、冷却器的冷却液压降计算
经计算得冷却水管进口局部损失系数为0.9681,出口局部损失系数为0.492,
进出铜管总局部损失系数Z1.4601
表4散热器冷却液压降计算表
序号
名称
符号
单位
公式
数据
1
管内冷却液流
动速度
Vw
m/s
Vw=2汇qvw/（3600Fw）
1.11
2
冷却液密度
p
kg/m3
查表
1063.95
3
管内雷诺数
Re
—
Re二PwVwDm/□
4514.7
4
管内阻力系数
f
—
f0.3164
f——0.25
Re
0.038
5
沿程损失
△p
Pa
*/彳"g1o2
△P1=4f=二PwVw
Din2
15849.4
6
进出铜管损失
△p
Pa
也P2=・，PwVw/2
861.87
7
进冷却液法兰
进口面积
S1
m2
Sr=兀/4©j
0.001134
8
进冷却液法兰
出口面积
S2
m2
s2=L|
0.070616
9
进冷却液法兰
入口速度
V1
m/s
M=qVw/（3600s）
2.2046
10
进冷却液法兰
局部损失系数
Z1
—
—（1」）2
S2
0.9681
11
出冷却液法兰
局部损失系数
Z2
—
J=0.5汉‘1—宝］
0.492
12
出冷却液弯头
入口速度
V2
m/s
*=Qvw/（3600s）
2.2
13
进冷却液压力
损失
△p
Pa
广Pv/心P3=
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