板翅式热交换器与选型设计

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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