完整版板翅散热器性能计算报告.docx

1、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 879mmx 460mrK 58mr）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 60 C，冷边空气入口温度取45 C。热边：乙二醇水混合液，t/=60C G i=37.85L/min (10gpm)/ 3 3冷边：环境空气，12 =45E G 2=0.85m/s (1800ft /min )1.2技术要求换热量11kVV热边流阻不

2、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750X 396X 58,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 1500mm L? = 58mm 4 = 198mm 隔板厚度 S zu= 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

3、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=4.7mm 21 o= 9.3mm S 2 = 0.10mm百叶窗节距l p = 1.1mm 百叶窗高度l h = 0.54mm 百叶窗长度l j = 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S z尸0.4mm(hi+ 2 zu) Ni + 2l oN2 =

4、 Ln(3+ 2X 0.4 ) N+ 9.3 (Ni+ 1)= 198N= 14 N 2= 15则实际 Ln/ =( 3+ 2X 0.4 ) X 14+ 9.3 X 15= 192.73.1.1 计算当量直径de乙二醇一水边de1:X1=bi- S 1=3.5-0.15=3.35mm Y 1 =h1- S 1 =3-0.15=2.85mm则 d e1=2XY/ (X+ Y1)=2 X 3.35 X 2.85/ (3.35+2.85 )=3.080 X 10-3m空气边de2：1 12波高实长 = 20则 d e2=4 (Pl 0-2l S 2) / (P+4l)=4X( 4.7 X 4.65-

5、2 X 4.796 X 0.10 ) / (4.7+4 X 4.796) =3.499 X 10-3m3.1.2计算流体流通面积FfRf=NXY (L2-2 X B1) /b1 (应考虑热边封条宽度)=14X 3.35 X 2.85 X( 58-2 X 4) /3.5=0.1910 X 10-2mF2f=N(L1-2 X B2) (2I0 4l S l/P ) (应考虑冷边封条宽度)=15X( 1500-2 X 6) (9.3 4X 4.796 X 0.10/4.7 )2=0.1985m3.1.3计算迎风面积FyF1y=L2X Ln/=58X 192.7=0.0112m2/ 2F2y=L1 X

6、 Ln =1500X 192.7=0.2891m3.1.4计算孔度c(T i=Fif/Fiy=0.1910 X 10-2/0.0112=0.171c 2=F2f/F2y=0.1983/0.2891=0.6873.1.5共用主传热面积FzuFzu=2NLil_2=2X 14X 1500X 58=2.436mi3.1.6定性温度tf根据公式Q= Gm CP -( t /-t 1),其中：3.1.8水当量W热容比C,假设效率n 0W=GG1=37.85L/min/60 X 1.0325kg/L X 0.8066kcal/(kg -C )=0.5254kcal/(s -C)W=GG2=0.85m3/s

7、 X 1.0897kg/m3 X 0.240kcal/(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n 0=处t1 05254亘60 =0.5909Wnin t, t2 0.2223 65 453.1.9质量流速33 i=G/F 1f=(37.85L/min x 1.0325kg/L)/(60 x 0.1910 x 10-2简2=341.01kg/m s3 2 =G/F 2f=0.85m3/s x 1.0897kg/m3/(0.1985m 2)2=4.669kg/(m s)3.1.10计算雷诺数Re普郎特

8、数PrRe=3 血/(卩 1g)2 3 42 2=341.01kg/(m .s) x 3.080 x 10- m/(1.5255 x 10- kg.s/m x 9.81m/s )=701.84Rq= 3 2de2/(卩 2g)=4.669kg/(m 2.s) x 3.50 x 10-3m/(2.005 x 10-6kg.s/m 2 x 9.81m/s2) =830.82Pr1=卩 1g6/ 入 1=(1.5255 x 10-4 x 9.81 x 0.8066) x 3600/0.3975=10.933.1.11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 2P173，对于R

9、e 1000，其准则方程适用于式(6-65 )、(6-66):l 1/de 1=1.623 a 1 =b/h 1=1.167 de 1=3.080 Re 1 = 701.84f 1=7.661(l 1/de 1)-0.384 a*-0.092 Re-0.712=7.661 x 1.623-0.384 x 1.167-0.092 x 701.84-012=0.0590j 1=0.483(1 i/dei)-0.162ai*-0.184 Re-0536=0.483 X 1.623-0.162 X 1.167-0.184 X 701.84-0.536=0.0129则 a 1=j1 3 1CP1/Pr

10、10.67=0.0129 X 341.01 X 0.8066 X 3600/10.93 0.672=2581.17kcal/(m h T)空气边为百叶窗式波纹板，根据资料3P166 , Davenport公式:f 2=5.47Re2P-0.721 h0.37 ( 2l)0.231 P . 2( )0.89 (适用条件：70v Rq=830.82 v 1000)2lj 2=0.249Re2P-0.421 h0.33 2l 0.26( L)1.1 (适用条件：300vRq=830.82 v4000= 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:=261.123.1.12计算肋

11、片效率资料2P154 式(6-15) (6-16):I i=3/2-0.15=1.35mmml 1=473.77 X 1.35 X 10-3=0.599n iL=th(m1 i)/m 11 i=th(0.659)/0.659=0.895空气边为百叶窗式波纹板，由资料2P154式(6-15) (6-16):2 2 I_2 128.10-cm -1m=2 3 =119.30mY f 2 180 0.10 10 312=4.796-0.10=4.696mmml 2=119.30 X 4.696 X 10-3 =0.560n 2L=th(m2l 2)/m2l 2=th(0.560)/0.560=0.9

12、073.1.13肋片有效传热面积FlRl=2N (L2-2B1) LUn 1L/b1 (应考虑冷边封条宽度)=2X 14X( 58-2 X 4)X 1500X 2.85 X 0.895/3.5=1.5305m2F2l=N (L1-2B2) 4IL2X 2/P n 2l (应考虑冷边封条宽度)=15X 58 X( 1500-2 X 6)X 4X 4.796 X 2/4.7 X 0.9072=9.5852m3.1.14总有效传热面积FeFe=Fzu+F1L=2.436+1.5305=3.9665m2F2e=Fzu+F2L=2.436+9.5852=12.0212m23.1.15 计算 KF值，NT

13、UfiNTU=KF/W=1338.58kcal/(h C )/(0.2223kcal/s CX 3600)=1.6733.1.16计算效率n两边流体均不混合，按资料2P161式(6-35)计算n i值： n i=1-exp NTU022 exp (-C*NTU78) -1 /C * =1-exp 1.6730.22 exp (-0.4231 x 1.6730.78) -1 /0.4231 =0.71063.1.17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，

14、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 = t 2/+n (如)(t 1/-t 2/)=45+0.7106 x ( i2223) % (65-45)=59.21 CW2 0.2223高于假设的57 C。热边：t1/=t 1/- n ( Wmin )(t 1/-t 2/)=65-0.7106 x ( j2223 )

15、 % (65-45)=58.99 C W 0.5254低于要求的出口温度60C。3.1.19热交换器设计换热量 QQ= n WZin(t 1 -t 2)=0.7106 x (65-45) Cx 0.2223kcal/(s C ) x 3600 =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