第九章板翅式换热器ppt课件

1、CRYOGENICSCRYOGENICS低温实验室低温实验室第九章 板翅式换热器第一节 板翅式换热器概述一、板翅式换热器的开展 板翅式换热器首先运用于汽车与航空工业中，最早消费的是铜墙质浸焊的板翅式换热器。 本世纪四十年代中期出现了更轻巧的铝质浸焊板翅式换热器。 五十年代开场在空气分别设备中运用板翅式换热器。 目前，板翅式换热器正在低温技术、化工、制冷等一些工业部门推行运用。 CRYOGENICSCRYOGENICS低温实验室低温实验室v二十世纪四十年代，美国诺利斯以及美国海军研讨署、船舶局、航空局等在板翅式换热器的传热机理及设计根据方面做了大量的研讨任务，后来凯斯和伦敦二人编著了，较系统地总

2、结了研讨成果，在目前这已成为设计板翅式换热器的根本参考文献。v板翅式换热器开展中的另一方面问题是制造工艺。主要是部分脱焊即在钎焊过程中部分没有烛牢而构成薄弱的环节，这导致板翅式换热器承压才干下降，或在接受交变负载的切换式换热器中产生疲劳破坏。这个问题阅历了一个漫长而曲折的过程才得到处理。 CRYOGENICSCRYOGENICS低温实验室低温实验室v我国板翅式换变器的研制开场于六十年代的中期。v1972年9月，机械工业部在开封召开的“板翅式换热器制造技术攻关阅历交流会系统地总结了前一阶段的研制与攻关阅历，制定了有关的技术文件，为我国的板翅式换变器的设计及制造打下了一个良好的根底。 CRYOGE

3、NICSCRYOGENICS低温实验室低温实验室 二、板翅式换热器在低温技术中的运用。 v1板翅式换热器在气体分别中的运用v目前，板翅式换热器已被广泛运用在空气分别设备中。空气分别设备运用板翅式换热器所带来的益处是：v 1铝制板翅换热器可以在低温下任务，取代了昂贵的铜制换热器；v 2由于高效率、紧凑和轻巧等特点，使得空气分别设备采用板翅式换热器之后外形尺寸减少，跑冷损失减少，膨胀空气量减少、经济目的提高；同时由于整个设备热容量的减少，启动时间缩短； CRYOGENICSCRYOGENICS低温实验室低温实验室 3采用切换式板翅式换热器替代蓄冷器之后，由于尺寸减少、切换周期延伸，可以减少切换时的

4、空气放空损失，降低电耗，使空气分别设备的运转工况更加稳定。 但是板翅式换热器并不能完全取代蓄冷器。因板翅式换热器受焊接容量的限制，单元尺寸不能很大；而运用多单元的板翅式换热器的组合时，单元之间与流道之间气流难以均匀分配，外部管网衔接又较复杂。因此在特大容量的空气分别设备中，板翅式热器还得让位于蓄冷器。 CRYOGENICSCRYOGENICS低温实验室低温实验室v除了空气分别以外，板翅式换热器还广泛地运用于天然气及合成氨尾气的分别设备中。CRYOGENICSCRYOGENICS低温实验室低温实验室2板翅式换热器在深低温领域中的运用v板翅式换热器可以在200到绝对零度的温度区间任务。v对于液氢和

5、以液氢精馏消费重水的安装，板翅式换热器在氢纯化工艺中获得称心的运用效果。v六十年代以后，在大型氦液化器与氦制冷安装中，板翅式换热器也得到广泛的运用。板翅式换热器构造的特点，比较适宜于在低、中压范围内任务，故对于深低温领域用的板翅式换热器需求进一步研讨，以提高其承压才干。CRYOGENICSCRYOGENICS低温实验室低温实验室三、板翅式换热器的特点三、板翅式换热器的特点v1传热效率高 由于翅片对流体的扰动，使边境层不断破裂，因此具有较大的换热系数；同时由于制造板翅式换热器金属的高导热性，所以使得板翅式换热器可以到达很高的效率。v2紧凑 由于板翅式换热器具有扩展的二次外表，使得它的比外表积可达

6、10002500m2/m3。v3轻巧 由于紧凑且多由铝合金制造，所以显得轻巧。 CRYOGENICSCRYOGENICS低温实验室低温实验室v4顺应性大 板翅式换热器可以适用气一气、气一液、液一液间各种不同流体的换热，以及发生集态变化间的相变换热。经过流道的布置和组合可以顺应逆流、错流、多股流、多程流等不同的换热工况。经过单元间串联、并联、串并联的组俣可以满足不同的换热需求。工业上可以定型成批消费，以降低本钱，扩展互换性。v5板翅式换热器制造工艺复杂，要求严厉。v6容易堵塞，不耐腐蚀，清洗检修较困难。CRYOGENICSCRYOGENICS低温实验室低温实验室第二节 板翅式换热器的构造v一、翅

7、片的构造参数v翅片的几何尺寸常用图91所示的符号表示。CRYOGENICSCRYOGENICS低温实验室低温实验室v根据几何尺寸、翅片构造参数的计算公式如下：v水力半径v 91v当量直径v 92v每层通道自在截面积 v 93 yxxyUArh2yxxyUArdhe244fisxywA CRYOGENICSCRYOGENICS低温实验室低温实验室v每层通道传热外表积v 94v板束n层通道自在截面积v 95 v板束n层通道传热外表积v 96 fiswLyxF)(2fsxywnA fswLnyxF)(2CRYOGENICSCRYOGENICS低温实验室低温实验室v一次外表面积v 97v二次外表面积v

8、 98 FyxxFbFyxyFfCRYOGENICSCRYOGENICS低温实验室低温实验室表91 国产规范翅片的构造参数 翅片型式 翅 高(mm) 翅 厚(mm) 翅 距 (mm) 通道截面积 (m2) 传热面积 (m2)当量直径(m2) 二次表面所点的面积比例 平直形 9.56.54.7 0.20.30.3 1.72.12.0 0.008210.005310.00374 12.77.616.1 2.582.792.45 0.8610.7750.722 锯齿形 9.56.54.73.2 0.20.30.30.3 1.72.12.03.5 0.008210.005310.003740.0026

9、5 12.77.616.13.49 2.582.792.453.04 0.8610.7750.7220.476 打孔形 6.54.73.2 0.30.30.3 2.12.03.5 0.005310.003740.00265 7.615.63.3 2.792.453.04 0.7750.6960.445 fhffsiAiFedFFf/CRYOGENICSCRYOGENICS低温实验室低温实验室 v通道截面积是指有效宽度W=1m时每层通道的Ai值。v传热面积是指有效宽度W=1m、有效长度L=1m时每层通道的Fi值。CRYOGENICSCRYOGENICS低温实验室低温实验室 二、板翅式换热器的根本

10、元件二、板翅式换热器的根本元件v板翅式换热器板束的根本构造及根本元件，见图92，它是由隔板、翅片、封条、导流板等组成。v在相邻两隔板之间放置翅片及封条，组成一夹层，称为通道。将这样的夹层根据流体的不同流动方式叠置起来，钎焊成一整体，便组织板束。板束是板翅式换热器的中心部分，配以必要的封头、接纳、支承就组成了板翅式换热器。 CRYOGENICSCRYOGENICS低温实验室低温实验室 CRYOGENICSCRYOGENICS低温实验室低温实验室v一翅片v翅片是板翅式换热器的根本元件，板翅式换热器中的传热过程主要是经过翅片的热传导以及翅片与流体之间的对流换热来完成的。v翅片的作用是：v1扩展传热面

11、积，提高换热器的紧凑性，翅片可看做是隔板的延伸和扩展，同时由于翅片具有比隔板大得多的外表积，因此使紧凑性明显增大。 CRYOGENICSCRYOGENICS低温实验室低温实验室v2提高传热效率，由于翅片的特殊构造，流体在通道中构成剧烈的扰动，使边境层不断地破裂或更新，从而有效地降低了热阻，提高了传热效率。v3提高换热器的强度和承压才干，由于翅片的支撑加固，使板束构成结实的整体，所以虽然隔板起翅片都很薄，但却能承爱一定的压力。v根据不同的工质和不同的传热情况，可以采用不同构外型式的翅片。常用的几种翅片构外型式见图92。CRYOGENICSCRYOGENICS低温实验室低温实验室v锯齿形翅片 锯齿

12、形翅片可看做平直翅片切成许多短小的片段并相互错开一定间隔而构成的延续式翅片。这种翅片对促进流体的湍动，破坏热阻边境层非常有效，属于高效率翅片。但流体经过锯齿形翘片时其流动阻力相应增大。锯齿形翅片普遍用在需求强化传热尤其是气侧的场所。 v多孔翅片 多孔翅片系先在薄金金属片上冲孔，然后再冲压或滚轧成形。翅片上密布的小孔使热阻边境层不断地破裂，从而提高了传热性能。也有利于流体均布，但在冲孔的同时，也使翅片传热面积减少，翅片强度降低。多孔翅片主要用作层流板以及流体中夹杂着颗粒或相变换热的场所。 CRYOGENICSCRYOGENICS低温实验室低温实验室v波纹翅片 波纹翅片是将薄金属板冲压或滚轧成一定

13、的波形，构成弯曲流道，不断改动流体的流动方向，以促进流体的湍动，分别和破坏热阻边境层，其效果相当于翅片的折断。波纹愈密、波幅愈大，越能强化传热。 CRYOGENICSCRYOGENICS低温实验室低温实验室小结v经过多种多孔翅片外表的传热、压降的实验研讨，Shah总结出以下几点：假设由于打孔使隔板的裸露面积添加20，那么在层流区，小孔多孔翅片孔径小于等于0.8mm能强化传热，而大孔多孔翅片大于1mm那么不能强化；多孔翅片能使流动提早发生流型转变，而在过渡区j=f(RE), f=f(Re)的关系非常复杂，不易预测，且往往是f的添加比j的添加来得快；在紊流区，j和f都比平直翅片高得多；方形多孔翅片

14、的性能略优于圆形多孔翅片；由于打孔损失了一定数量的换热面积，因此多孔翅片的外表特性并不象估计的那么好，所以普通在气气换热中并不采用。对波纹翅片还没有特定的关系式来拟合j和f因子。 CRYOGENICSCRYOGENICS低温实验室低温实验室v二隔板v隔板的作用在于分隔并构成流道，同时接受压力。隔板尚卢一次传热外表的作用，故其厚度应有满足承压的条件下尽能够减薄。隔板通常运用两面涂覆铝硅合金薄层的复合板。隔板与翅片、隔板与封条之间的钎焊边接就是依托这一薄层的铝硅作为焊料钎焊成结实整体的。CRYOGENICSCRYOGENICS低温实验室低温实验室 三封条封条出叫侧条，它位于通道的周围，起到分隔、封

15、锁流道的作用。板翅式换热器的封条有多种方式，常用的有如图93所示的燕尾槽型、矩形截面型等。封条上、下两面向两侧具有斜度为3%的斜率，这是为了在与隔板组合成板束时构成缝隙，便于钎接焊料渗入而构成丰满的钎接焊缝隙。 CRYOGENICSCRYOGENICS低温实验室低温实验室v封条与封条之间采用图94所示的衔接方式。CRYOGENICSCRYOGENICS低温实验室低温实验室v 四导流板与封头v导流板位于流道的两端，其作用是为了引导由进口管经封头流入板束的流体，使之均匀地分布于流道之中；或是聚集从流道流出的流体，使之经过封头由出口管排出。此外，导流板尚有维护翅片与防止通道堵塞的作用。v导流板构造设

16、计的原那么可以概括为：1保证流道中流体的均匀分析，流体由进、出口管到流道之间的顺利过渡；v2在导流板中流体阻力与传热应坚持在最小的恒定值在板翅式换热器的设计计算中，有效长度通常均采用板束全长扣除导流板长度以后的数值；v3导流板的耐压强度应该与整个板束的承压才干匹配；v4便于制造。 CRYOGENICSCRYOGENICS低温实验室低温实验室v导流板的布置方式与封头及换热器的构造亲密相关，如图95所示。CRYOGENICSCRYOGENICS低温实验室低温实验室v封头的构造设计主要取决于任务压力、气流数、换热器的流道布置以及能否切换等等。v对于任务压力较高的板翅式换热器以及频繁切换的切换热器，其

17、封头的构造设计尤应留意衔接断面的强度，普通应采用小封头的构造或其它加强措施，以保证强度。CRYOGENICSCRYOGENICS低温实验室低温实验室v 三、流道布置三、流道布置v板翅式换热器可以经过流道的不同组合，布置成板翅式换热器可以经过流道的不同组合，布置成逆流、错流、顺流、多股流、多程流，其构造表逆流、错流、顺流、多股流、多程流，其构造表示图见图示图见图96。v逆流是用得最普遍，也是最其本的流道布置方式。逆流是用得最普遍，也是最其本的流道布置方式。错流用在其有效温差并不明显地低于逆流显差的错流用在其有效温差并不明显地低于逆流显差的场所，或一侧流体的温度变化不大于冷、热流体场所，或一侧流体

18、的温度变化不大于冷、热流体最大浊差之半的情况。例如空气分别设备中的液最大浊差之半的情况。例如空气分别设备中的液化器，采用错流布置可以向低压气流提供较大自化器，采用错流布置可以向低压气流提供较大自在流通截面的通道和较短的流道长度，而有效温在流通截面的通道和较短的流道长度，而有效温差并不明显降低。差并不明显降低。v多股流用于多种流体同时进展换热，如空气分别多股流用于多种流体同时进展换热，如空气分别设备中的切换式换热器。多程式流用于压力相差设备中的切换式换热器。多程式流用于压力相差很大的两种流体之间的热交换，高压侧布置成多很大的两种流体之间的热交换，高压侧布置成多回路、小截面以坚持较高的流速。回路、

19、小截面以坚持较高的流速。 CRYOGENICSCRYOGENICS低温实验室低温实验室 v CRYOGENICSCRYOGENICS低温实验室低温实验室v板翅式换热器由于工艺条件的限制，单元尺寸不能做得很大目前最大的板束单元尺寸约为120012007000mm。大型板翅式换热器需求经过许多单元板束的串联、并联进展组合。在单元组合时，很重要的一个问题就是如何使流体在这些单元板束中均匀分配。 CRYOGENICSCRYOGENICS低温实验室低温实验室 v单元组合根本上有如图97所示的三种方式。从流体均匀角度应尽量采用对称形，防止并流形。同时由于各单元气体阻力能够不相等，组俣时应留意匹配得当。工艺

20、管道布置也要留意这一点。CRYOGENICSCRYOGENICS低温实验室低温实验室 CRYOGENICSCRYOGENICS低温实验室低温实验室 v CRYOGENICSCRYOGENICS低温实验室低温实验室v五、空气分别设备中的板翅式换热器五、空气分别设备中的板翅式换热器v板翅式换热器的根本构造已如前述，作为运用例板翅式换热器的根本构造已如前述，作为运用例子仅举出在空气分别设备中普遍运用的中种换热子仅举出在空气分别设备中普遍运用的中种换热器。器。v1切换式换热器切换式换热器 空气分别设备中的切换式换热空气分别设备中的切换式换热器是用来实现空气与污氮及氮、氧等产品气体之器是用来实现空气与污

21、氮及氮、氧等产品气体之间的热交换，并使空气中的水分、二氧化碳冻结间的热交换，并使空气中的水分、二氧化碳冻结去除。老的去除。老的6000m3/h空气分别设备的切换式换热空气分别设备的切换式换热器的热段见图器的热段见图911，它共有两大组，每大组有，它共有两大组，每大组有5小组并联，每小组有两个单元板束串联组成。小组并联，每小组有两个单元板束串联组成。CRYOGENICSCRYOGENICS低温实验室低温实验室 v CRYOGENICSCRYOGENICS低温实验室低温实验室v新的6000m3/h空分设备的切换式换热器分为两组，每组4个单元；冷段、热段各为一个单元，即冷段、热段串联成为一列，两列并

22、联为一组，两组组成整个切换式换热器。单元尺寸为330010001140mm，每个单元有101个通道。v新老构造对比，新构造的主要改良在于：通道陈列方式有了改良；冷段适当加长，提高了环流出口温度，并使CO2冻结去除的条件得到改善；单元尺寸加大，单元数减少，有利于气流均布并使管网系统简化。而且新构造的切换式换热器的翅片成型、钎接质量、焊接构造、寿命等都有明显提高，因此被列为国家优质产品。 CRYOGENICSCRYOGENICS低温实验室低温实验室v切换式换热器的特点是：v1气一气换热 由于换热系数较小，所以采用相对高而薄的9.50.21.7mm或9.50.21.4mm锯齿形翅片；v2为冻结去除空气中的H2O、CO2，空气与污氮通道数相等，气流定期切换；v3多股流换热 热段4股、冷段5股冷段添加一股环流，以保证不冻结性。CRYOGENICSCRYOGENICS低温实验室低温实验室 v v2冷凝蒸发器 v冷凝蒸发器的作用是使下塔顶部氮气凝结，上塔底部液氧蒸发，以提供下塔的回流液和上塔的上长江蒸气。老的6000m3/h空气分别设备冷凝蒸发器的构造