板翅式换热器的设计
板翅式换热器的设计
板翅式换热器的设计设计一台有效的板翅式换热器需要考虑多个因素，包括换热效率、压降、结构强度和成本等。
以下是一些设计考虑的要点：1.换热面积的确定：换热器的效率与换热面积成正比。
根据需要换热的流体流量和温度差，计算出所需的换热面积。
传热面积的设计通常遵循传热面积与流体流量成正比的规律。
2.板片的选择：板片的材质应具有良好的导热性能和耐腐蚀性能。
常见的板片材料有铝、铜和不锈钢等。
选择合适的板片材料可以有效提高换热效率和使用寿命。
3.翅片的设计：翅片是提高板翅式换热器换热效率的关键。
合理的翅片设计可以增加换热面积，并通过增加对流传热来提高换热效率。
翅片的高度和间距应根据需要换热的介质性质和操作条件来确定。
4.流体流动的形式：板翅式换热器可以采用纵向流动或横向流动的形式。
纵向流动的换热器通常用于低流量和高温差的情况下，而横向流动的换热器适用于高流量和小温差的情况。
5.压降的计算：压降是流体通过换热器时产生的阻力损失。
在设计过程中需要计算出预期的压降，并确保所选换热器能够满足流体流量和压降要求。
6.结构强度的考虑：由于板片和翅片的排列方式，换热器需要具备足够的结构强度来承受流体压力和温度。
强度计算应遵循适用的规范和标准，以确保设备的安全运行。
7.清洗和维护的便利性：换热器应设计成易于清洗和维护的结构，以便在需要时进行维护，保持良好的换热效果。
总之，设计一台有效的板翅式换热器需要综合考虑流体流量、温度差、换热面积、压降、结构强度和维护便利性等因素。
通过合理的设计和选择适当的材料和结构，可以提高换热效率，降低能源消耗，并确保设备的长期稳定运行。
风机发电机冷却系统用板翅式换热器设计
风机发电机冷却系统用板翅式换热器设计引言风机发电机冷却系统是电力发电厂中重要的组成部分，在发电机运行过程中起到散热的作用。
板翅式换热器是一种常用的散热设备，其设计和选择对于冷却系统的效果和运行稳定性至关重要。
本文将介绍风机发电机冷却系统用板翅式换热器的设计原理、设计步骤以及注意事项。
换热器的设计原理板翅式换热器是一种高效的换热器，其工作原理是通过板状的换热元件和翅片的组合，在单位面积上实现更大的换热面积，增强换热效果。
风机发电机冷却系统的换热器设计需考虑以下几个因素：1. 流体特性在设计换热器之前，需要对流体的性质进行分析，包括流体的流量、温度、压力等参数。
这些参数将直接影响到换热器的尺寸、材料选择以及翅片的间距等。
2. 热传导热传导是指热量在固体材料中传递的过程。
风机发电机冷却系统中，热量需要从发电机传导到换热器中，再通过换热器散发到空气中。
因此，在设计换热器时需要考虑热传导的性能以及换热器材料的传导能力。
3. 换热面积换热器的换热面积是影响换热效果的重要因素之一。
在设计换热器时，需要根据风机发电机的散热需求以及流体参数，计算出需要的换热面积，并根据实际情况选择合适的尺寸。
换热器的设计步骤1. 确定散热需求首先，需要根据风机发电机的功率、工作环境温度以及运行时间等参数，计算出发电机的散热需求。
可以使用以下公式进行计算：散热需求 = 发电机功率 × 散热系数其中，散热系数是根据具体的工作环境和设备特性来确定的，可以在设计前进行实地测试或者查阅相关文献进行参考。
2. 确定换热面积和流通面积根据散热需求和流体参数，可以计算出所需的换热面积和流通面积。
换热面积是散热器中翅片的总面积，而流通面积是指流体流过换热器的有效面积。
一般来说，流通面积应比换热面积稍大一些，以保证流体能够充分流过换热器并实现充分换热。
3. 选择换热器材料和翅片间距根据实际情况和应用环境，选择合适的换热器材料和翅片间距。
换热器的材料应具有良好的导热性能、耐腐蚀性和强度。
换热器设计
目录一、设计目的 (2)二、设计要求及参数 (3)三、设计步骤 (4)四、设计计算 (6)五、设计结构 (8)六、参考文献 (10)板翅式换热器设计一、设计目的在20世纪30年代，首先在先进国家，将翅片式热交换器用于发动机的散热，到50年代在深冷和空分设备上开始采用。
随着有色金属和不锈钢防腐处理技术和钎焊工艺技术的提高，它结构紧凑、轻巧、传热强度高的特点引起了科技和工业界的关注，被认为是最有发展前途的新型热交换器设备之一。
板翅式换热器具有换热效率高，结构紧凑，适应性强；制造工艺复杂要求严格的特点。
其次，板翅式换热器具有广泛的应用前景和市场潜力，目前它不仅在空气分离、乙烯生产和合成氨的石化设备上得到广泛应用，而且在天然气液化分离、航空、汽车、内燃机车、氢氦液化、制冷及空调等设备上也是表现出巨大的应用潜力。
板翅式换热器板束结构是由隔板、翅片及封条等组成。
翅片是板翅式换热器的基本元件，传热过程主要通过翅片热传导及翅片与流体之间的对流来完成。
翅片类型很多，如平直翅片、锯齿形翅片、多孔翅片、波纹翅片、丁状翅片百叶窗式翅片、片条翅片等（如图一）。
此次设计中两流体温度差别不大，故采用锯齿形翅片。
锯齿形翅片可以看作是由平直翅片切成的许多段小的片段，并相互错开一定间隔而形成的间断式翅片。
这种翅片对促进流体的湍动、破坏热阻边界十分有效，属于高效能翅片。
二、设计要求及参数冷凝侧工质为高纯度的氮气，蒸发侧为富氧液空。
换热介质流量：冷凝侧进口气相流量 V ngi =2726.28 kg/h ，冷凝侧出口气相流量V ngo =1363.14kg/h 液相流量 V nlo =1363.14kg/h状态：P 1=3.315×105 Pa ；T 1=89.28758K ； P 2=3.315×105 Pa ；T 2=89.28758K ； P 3=1.422×105 Pa ；T 3=84.15505K ； P 4=1.393×105 Pa ；T 4=87.85499K 热负荷：Q=22756KJ/h=63211W1)为提高过冷器的传热效果，采用逆流，氮气自上而下流动，而液态空气自下而上流动。
高压板翅式换热器的设计开发
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有力 推动 了板翅式换热 器 的技术进 步
在我 国
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设计 生产 的铝 制板翅式换热 器 多 以 低压 换热 器 为 主 ( 尤其是 内压 缩 流程 的不 断成熟 和应 用
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板翅式换热器的设计
Development of plate-fin heat exchangerAbstract：A technical development of developing, designing and manufacturing of plate-fin heat exchanger for petroleum and chemical engineering are described . The developmental succes of plate-fin heat exchanger of high-pressure increase s a complete ability of China s large plant of petroleum and chemical engineer ing ,and the use of China s plate-fin heat exchanger in impoted units. The produc t has been exported to U.S.A.It marks the advanced technical level of China s plate-fin heat exchanger in the world.Key words: plate-fin heat exchanger;calculation d esign; equal destribution of two phase-flowages; material；manufacture▲随着我国内陆和沿海油田开发，进入70年代以来，我国石油化学工业得到迅速发展，先后引进多套乙烯和合成氨大型装置，因而这些装置国产化也就提到议事日程，其中的板翅式换热器冷箱是成套装置国产化关键设备之一。
乙烯深冷分离、合成氨氮洗和油田气回收中的冷箱，是由多个板翅式换热器用管道连接并组装在一起放入箱体内，以珠光砂填充作绝热材料组装而成。
板翅式换热器的设计
板翅式换热器的设计首先，板翅式换热器的设计需要考虑两个主要的热传导路径，即热液体与板翅之间的传热和板翅与气体之间的传热。
对于前者，需要选择合适的液体流体以及流动状态。
液体的选择通常基于其传导热量和冷凝特性。
在液体流动的过程中，热液体通过流道与板翅接触，从而实现传热。
因此，流道的设计是关键之一，需要考虑流体的密度、黏度、热传导系数等因素，以提高传热效率。
另一个热传导路径是板翅与气体之间的传热。
在板翅式换热器中，气体通过孔道流过板翅，将热量传递给板翅，而后者再将热量传递给液体流体。
因此，板翅的设计至关重要。
首先，需要确定合适的板翅材料，通常选用导热性能良好的金属材料，比如铝合金。
其次，需要确定板翅的厚度和形状，以提高气体与板翅之间的接触面积，从而增加传热效率。
另外，板翅的间距也是一个重要的参数，如果间距太小，会导致流体阻力增加，影响流体的流动性能；如果间距太大，则会降低传热效率。
因此，在设计中需要在传热效率和流体阻力之间做一个平衡。
此外，板翅式换热器的结构设计也需要考虑。
为了提高强度和稳定性，通常采用翅片与平板的堆叠结构，并通过焊接、铆接或者搭扣固定翅片。
此外，还需要保证板翅与流体之间的密封性。
常见的密封方式有水封、胶封等。
在板翅式换热器的设计中，还需要考虑其他一些因素，比如降低腐蚀、优化流路、减小结焦等。
综上所述，板翅式换热器的设计需要兼顾多个因素，包括流体特性、传热效率、结构强度等。
通过合理地选择液体流体、设计板翅形状和间距、选择合适的板翅材料、优化结构设计等措施，可以有效提高板翅式换热器的传热效率和工作稳定性。
逆布雷顿制冷循环分析和板翅式换热器的设计
2.逆布雷顿循环制冷系统循环分析与理论设计图2-2图2-3图2-1是逆布雷顿空气制冷循环热力过程原理图。
理论循环由1-2＂-3-4ˊ-5ˊ-6-1表示，但是由于各种因素的影响，空气制冷系统的实际循环和理论循环的差别很大。
为了便于分析我们采用一些简化的处理方法，首先假设空气是理想气体，理想气体假设在这篇论文所讨论的温度和压力范围内所造成的误差很小，可以忽略不计；假设吸热和放热过程为等压过程，压缩很膨胀过程中的损失可以折算到进出口压力上去；在回热过程中考虑传热温差，此时的回冷热交换器的效率小于1，而且在处理回热过程时假设它没有流动阻力损失，并把漏热损失折算为用冷装置的热负荷；空气在压缩机中的压缩过程要考虑到绝热压缩效率ηCS，在膨胀机中的膨胀过程要考虑到相对内效率ηT。
在极限回热过程中，空气的温度经过冷凝器和回热器后可以到达4ˊ，但是由于回热效率的存在空气只能经回热器被冷却到4，空气经过理想绝热膨胀过程后可以到达状态点5＂，但是实际过程并不能完全达到可逆，因此膨胀后只能到达状态点5，点5的计算需要考虑到膨胀机的等熵效率。
空气从膨胀机中出来后进入用冷装置，被用冷装置加热到状态点6,6点所对应的温度就是制冷温度，然后空气进入回热器中被加热至状态点1ˊ后进入压缩机，压缩过程不是完全的可逆过程，所以空气被压缩至状态点2而不是2ˊ，然后空气进入冷凝器被定压冷却至状态点3，再进入回热器被定压冷却至4，从而完成了一个完整的循环过程。
在工程实际中，空气压缩机可以采用活塞式以及螺杆式等，效率一般在0.6~0.8之间，通常为0.7左右；膨胀机采用径流式气体轴承膨胀机，在规定工况内的运行效率大约在0.5~0.7之间，通常为0.6左右；回热器采用高效紧凑的板翅式换热器，效率可以达到0.75~0.95，通常在0.8左右；环境温度为298K，制冷温度为220K，压力比根据实际和要求情况选取。
我在这里取压缩机入口处的空气压强P1ˊ=0.1MPa，压比π=3.0，则压缩机出口处的压强是P2=0.3Mpa,c p是空气的定压比热容，在一般的使用压力和温度范围内看作常数先来确定各点的温度T4=T0+ΔT=T0+(T K-T0)*(1-ηR)=231.7K，ηR=0.85为回冷热交换器的效率T5〞=T4*（P5/P4）^((1.41-1)/1.41)=168.3K由ηT=（T4-T5）/（T4-T5〞）的得出T5=193.7K，其中ηT为等熵膨胀效率T1＇=298.0KT2ˊ=T1ˊ*（p2ˊ/p1ˊ）^((1.41-1)/1.41）=410.2K由（T2＇-T1＇）/（T2-T1＇）=ηCs得T2=458.3K，其中ηCs为压缩机效率综上可知各点温度：T1＇=298.0K,T2=458.3K T3=298K,T4=231.7K,T5=193.7K,T6=220K由nist软件可以计算各点的焓值图2-4制冷机的单位质量工质耗功量为w=w e-w c;式子中w e是压缩机气体耗功，w c是膨胀机膨胀气体做功。
板翅式换热器的设计
测试设备爆破试验台
测试设备冷热冲击试验台
冷热冲击试验台
测试设备脉冲试验台 脉冲试验台
0~3,0-50
测试设备风洞试验
风洞试验
§ 板翅式换热器的计算
换热器的计算分二种情况： 1.设计计算：设计一个新的换热器，以确 定所需的换热面积。客户提供的要求越细， 反复修改的次数会越少，所设计的结果就 会越接近客户的要求。 2.校核计算：对己有或己选定了换热面积 的换热器，根据所提供的参数要求，核算 它是否能满足相应的参数要求。
制造过程包括零件准备、板束组装、钎焊和封 头接管氩弧焊接等工序。
工艺过程如下图所示。
生产流程(1)
生产流程(2)
生产流程(3)
生产设备
先进的真空 钎焊设备
生产设备
翅片冲压
剪板
生产设备
数控加工
自动焊机
清洗（）
装配、焊接、检验 、、
§ 板翅式换热器的测试
测试试验气密性试验
测试设备氦气检漏仪
设计计算例子
校核计算例子
客户需要提供的参数如下表：
提供客户计算书的格式
Thank you!
二、 板翅式换热器应用
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 在天然气的液化、分离装置，及合成氨工 业中逐步获得应用；
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机空冷器、油冷器，动力传动液 压系统油散热器 原子能和国防工业 氢液化器和氮液化器。
机车水冷式中冷器
风冷式换热器
压缩机风冷式油、气换热器
工程机械风冷式油换热器 风冷式气冷却器
液压传动液压油冷却器
空分主换热器
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机车水冷式中冷器
风冷式换热器
压缩机风冷式油、气换热器
工程机械风冷式油换热器
风冷式气冷却器
液压传动液压油冷却器
空分主换热器
机车风冷式油换热器 冷凝蒸发器
水冷式中冷器
无油机换热器
中冷器
真空泵用油冷却器
冷干机
冷干机
电厂用风冷却器
§ 3-2 板翅式换热器的结构
1 基本结构
板翅式换热器由芯体、封头、接管和支座组成。
锯齿翅片特点是流体的 流道被冲制成凹凸不平， 从而增加流体的湍流程 度，强化传热过程，故 被称为“高效能翅片”。
多孔翅片是在平直翅片 上冲出许多孔洞而成的， 常放置于进出口分配段 和流体有相变的地方。
波纹翅片是在平直翅 片上压成一定的波纹， 促进流体的湍动，波 纹愈密，波幅愈大， 其传热性能愈好。
百叶窗式翅片又称鳞 片式翅片或切断式翅 片，其特点是翅片上 冲有等距离的百叶窗 式的栅格，向内流道 凸出，起到强化传热 的作用。
板翅式换热器有钎焊式和扩散焊两种基本结合 型式。大多数热交换工况采用的是真空钎焊的铝制 板翅式换热器，对于腐蚀性较高的介质，有真空钎 焊的不锈钢板翅式换热器和钛板翅式换热器。
错流
逆流
错逆流
§ 板翅式换热器的制造工艺
铝制板翅式换热器的整个制造过程都要求有极 高的技术水平，严格的质量控制和检测措施。 制造过程包括零件准备、板束组装、钎焊和封 头接管氩弧焊接等工序。
工艺过程如下图所示。
生产流程Flow(1)
生产流程Flow(2)
生产流程Flow(3)
生产设备Equipment
2 优缺点－缺点
流道狭小，容易引起堵塞而增大压降；当换热器结 垢以后，清洗比较困难，因此要求介质比较干净。 铝板翅式换热器的隔板和翅片都很薄，要求介质对 铝不腐蚀，若腐蚀而造成内部串漏，则很难修补。 板翅式换热器的设计公式较为复杂，通道设计十分 困难，不利于手工计算；这也是限制板翅式换热器应 用的主要原因。
风洞试验
测试试验---气密性试验
测试设备---氦气检漏仪
氦气检漏仪
Helium leak test
测试设备---爆破试验台
测试设备---冷热冲击试验台
冷热冲击试验台
Thermo shock test Adaptability Test
WUXI JIALONG HEAT EXCHANGER STOCK
板翅式换热器设计
Plate-fin Heat Exchanger
章节的主要内容
一、绪论
二、板翅式换热器的应用
三、板翅式换热器的结构
四、板翅式换热器的制造流程
五、板翅式换热器的测试方法
六、换热器的设计计算
§一、 绪论
1 发展概述
二十世纪三十年代，英国的马尔斯顿· 艾克歇尔 瑟（Marston Excelsior）公司首次开发出铜及铜合金 制板翅式换热器，并将其用作航空发动机散热器。 此后，各种金属材料的板翅式换热器相继出现 在工程应用中，唯以铝合金材料为主。
先进的真空 钎焊设备
生产设备Equipment
翅片冲压 Extrude Fin 剪板 Cut Plate
生产设备Equipment
数控加工 自动焊机
清洗（washing）
装配、焊接、检验Assembly 、Welding、Test
§ 板翅式换热器的测试
水压试验
气密性试验 爆破试验 压力脉冲试验 冷热交变试验
测试设备---脉冲试验台
脉冲试验台 Pulsation test
Fatigue Life Test
0~3HZ,0-50bar
测试设备---风洞试验
风洞试验 Wind tunnel test Performance Test
§ 板翅式换热器的计算
换热器的计算分二种情况： 1.设计计算：设计一个新的换热器，以确 定所需的换热面积。客户提供的要求越细， 反复修改的次数会越少，所设计的结果就 会越接近客户的要求。 2.校核计算：对己有或己选定了换热面积 的换热器，根据所提供的参数要求，核算 它是否能满足相应的参数要求。
设计计算例子
校核计算例子
客户需要提供的参数如下表：
提供客户计算书的格式
Thank you!
热交换由芯体完成，因此最关键的部件是芯体。 芯体由翅片、隔板、封条和导流片组成。
板翅式换热器结构图
2 翅片作用及类型
（1）作用
翅片是板翅式换热器最基本的元件，传热主要是 依靠翅片来完成，一部分直接由隔板来完成。 而翅片传热不像隔板是直接传热，故翅片有“二 次表面”之称。 翅片除承担主要的传热任务外，还起着两隔板间 的加强作用。
（3）代号
各翅片均采用我国汉语拼音符号和数字统一表示： 例： PZ 平直翅片 JC 锯齿翅片 DK 多孔翅片 BY 百叶窗翅片 BW 波纹翅片
例： 65PZ4203 表示:翅高6.5mm 平直翅片 节距（或翅片间距）4.2mm， 厚度0.3mm
3 流动形式
通道以不同方式的叠置和排列可形成不同的流 动形式
（2）类型
翅片有锯齿形、平直形、多孔形等多种结构型式，可根 据不同的操作条件来选择合适的翅片型式； 翅片的扩展面和翅片对流体的扰流能力决定了热交换能 力； 因此板翅式换热器具有结构紧凑、轻巧及传热效率高等 特点。
平直翅片特点是有很 长的带光滑壁的长方 型翅片，传热与流动 特性类似于流体在长 圆型管道中的流动。
灵活性及适应性大：
1）两侧的传热面积密度可以相差一个数量级以上， 以适应两侧介质传热的差异，改善传热表面利用率； 2）可以组织多股流体换热(可达12股，这意味着工 程、隔热、支撑和运输的成本消耗降低)，每股流的 流道数和流道长都可不同； 3）最外侧可布置空流道（绝热流道），从而最大 限度地减少整个换热器与周围环境的热交换。
结构紧凑
传热面积密度可高达17300 m2/m3，一般为管 壳式换热，经济性好
翅片很薄，而结构很紧凑、体积小、又可用铝 合金制造，因而重量很轻(可比管壳式换热器降低 80%)，故成本低。
可靠性高
全钎焊结构，杜绝了泄漏可能性。同时，翅片兼 具传热面和支撑作用，故强度高。
二、 板翅式换热器应用
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
在天然气的液化、分离装置，及合成氨工 业中逐步获得应用；
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机空冷器、油冷器，动力传动液 压系统油散热器
原子能和国防工业
氢液化器和氮液化器。
我国是从60年代初期开始试制的。首先用于空 分制氧，制成了第一套板翅式空分设备。 近几年来，在产品结构、翅片规格、生产工艺 和设计、科研方面都有较大发展，应用范围也日趋 广泛。
2 优缺点－优点
传热效率高，温度控制性好
翅片的特殊结构，使流体形成强烈湍流，从而 有效降低热阻，提高传热效率。其传热系数也比列 管式换热器高5-10倍。 传热效率与功耗比低，可精确控制介质温度。