翅片换热器设计计算

板翅式换热器的设计

Development of plate-fin heat exchanger

JI Xun-da

(Hangzhou Oxygen Plant Group Co． Ltd.， Hangzhou 310004, China）

Abstract：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

铝制板翅式换热器介绍

1. 概述

板翅式换热器的出现把换热器的换热效率提高到了一个新的水平，同时板翅式换热器具有体积小、重量轻、可处理两种以上介质等优点。目前，板翅式换热器已广泛应用于石油、化工、天然气加工等行业。

2. 基本结构

板翅式换热器的板束单元结构如图所示，它的每一层都是由翅片、隔板和封条三部分组成。在相邻的两隔板间放置翅片及封条组成的夹层，称为通道。将这样的夹层根据介质的不同流动方式叠置起来钎焊成整体，即组成板束。再在板束上配置适当的介质进出口的导流片和封头，就组成了一个完整的板翅式换热器

。

由此可以看出，一台典型的板翅式换热器主要组成元件有翅片、隔板、封条、导流片和封头等。

a-翅片

翅片是铝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传热来完成。翅片的主要作用是扩大传热面积，

提高换热器得紧凑性，提高传热效率，兼做隔板的支撑，提高换热器的强度和承压能力。翅片间的节距一般从1mm~4.2mm，翅片的种类和型式多种多样，常用的形式有锯齿型、多孔型、平直型、波纹型等，国外还有百叶窗式翅片、片条翅片、钉状翅片等。

b-隔板

隔板是二层翅片之间的金属平板，，它在母体金属表面覆盖有一层钎料合金，在钎焊时合金熔化而使翅片、封条与金属

板翅式换热器

同组人：张弘达18、张来超14 薛业成06、张太平02

引言：

板翅式换热器：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。

--------张弘达 一、板翅式换热器的发展

二十世纪三十年代，板翅式换热器首先在航空工业上被采用，它结构紧凑、轻巧、传热效率高等特点引起了研究人员和设计工作者的兴趣。随后在制冷、石油化工、空气分离、航空航天、动力机械、超导等工业部门得到广泛应用，被公认是高效新型换热器之一。

1942年，美国的诺利斯首先进行了平直翅片、锯齿翅片、波纹翅

片、钉状翅片的传热机理研究，找出几种主要翅片的摩擦因子(f)，传热因子(j)与雷诺数(Re)的关系，为以后的研究与设计奠定了基础。 1947年美国海军研究署、船舶局、航空局合作在斯坦福大学拟定了系统的研究计划并扩大了研究范围。

板翅式换热器发展中另一方面是制造工艺，对于结构复杂、隔板和翅片又很薄的铝合金钎焊工艺掌握是在经历了一段相

eaintheaccidentinvestigation,managementandreporting,eachpostshouldbedevelopedunderthissystemspecialistscheck,cleartheexaminations,time,cyclesandotherrelevantregulations.Strengtheningsitesupervisionandexamination,todetectandinvestigateillegalcommand,illegaloperationsandviolationsofoperatingrules.Secondsafetyreferstotheproductionsite,technologymanagement,equipment,facilities,andsooncanleadtoaccidentsrisksexist.1,accordingtotheextentofthesecurityrisks,solvingisdividedintoa,b,andclevelsofdifficulty;A-level:difficult,miningdiffi

℃℃℃℃

℃

℃

℃

kg/s kJ/kg

kJ/kg

采用平均温差法，首先计算风量和风速，然后据此计算换热器的尺寸，再算出换热器的传热对数平均温差θ

计算：

冷凝器热负荷：

翅片管簇结构参数选择与计算外径*底壁厚*齿高

设计传热管的规格：（内螺纹铜管）

mm mm mm

℃KPa

2112

ln a a m k

a k a t t t t t t θ-=

--

1013.0000

干空气比热容J/（㎏.K ）查干空气物理性质表0.0271热导率λf W/(m.K)

0.0000运动粘度

m2/s 1.0950空气平均密度ρf ㎏/m3

1726.0544所需要的风量计算结果m3/h

计算空气侧换热系数

24.0000每个换热器管列数0.7400单管有效长度B m 0.3048单个换热器高度 H m 10.3792换热器总外表面积L m22.1257迎面风速

m/s 5.4333

最小截面流速

m/s

41.0000沿气流方向的肋片长度mm 2.3382当量直径

mm

17.5346长径比

730.1311空气雷诺数Re

查《小型制冷装置设计指导》表3-18、3-19，用插入法得

空气流过平套片管的叉排管簇时空气侧换热系数：

计算制冷剂侧换热系数

翅片效率

203.0000铝的热导率94.9293m a0空气侧

第九章 传热过程与换热器

第九章 传热过程分析和换热器计算

在这一章里讨论几种典型的传热过程，如通过平壁、圆筒壁和肋壁的传热过程通过分析得出它们的计算公式。由于换热器是工程上常用的热交换设备，其中的热交换过程都是一些典型的传热过程。因此，在这里我们对一些简单的换热器进行热平衡分析，介绍它们的热计算方法，以此作为应用传热学知识的一个较为完整的实例。

9－1传热过程分析

在实际的工业过程和日常生活中存在着的大量的热量传递过程常常不是以单一的热量传递方式出现，而多是以复合的或综合的方式出现。在这些同时存在多种热量传递方式的热传递过程中，我们常常把传热过程和复合换热过程作为研究和讨论的重点。

对于前者，传热过程是定义为热流体通过固体壁面把热量传给冷流体的综合热量传递过程，在第一章中我们对通过大平壁的传热过程进行了简单的分析，并给出了计算传热量的公式

式中，Q为冷热流体之间的传热热流量，W；F为传热面积，m；?t为热流体与冷流体间的某个平均温差，

o

Q?kF?t， 9－1

2

C；k为传热系数，W/(m2? oC)。在数值上，传热系数等于冷、热流体间温差?t=1 oC、传热面积A=1 m

西安石油大学本科毕业设计论文

波纹翅片的传热与流动特性研究

摘要；近些年来能源与环境问题日益加剧,保护环境、降低能源消耗成为当今世界的主题,因此各行业的学者都肩负减少能耗的重任。板翅式换热器是在20世纪问世的, 由于其在节省能源与材料方面的优越性，如今在石油化工、能源动力、冶金、制冷、航天等各领域已经获得了广泛的应用。翅片管换热器在制冷、空调等领域广泛应用。波纹翅片是这种紧凑式换热器的翅片类型中的一种, 它增加了传热面积和扰流的程度，对换热器的性能有很大的提升。

本文应用FLUENT软件针对波纹翅片管换热器空气侧换热进行数值模拟。并研究Re数、管排数和管径等参数对空气侧传热和流动特性的影响。同时对不同尺寸的波纹翅片进行了数值模拟分析并计算出各个模型的换热因子 j 和阻力因子f，根据他们的数值判断翅片在该模型下的性能优略。最后考察了波纹形式、管排、翅片间距、波峰到波谷投射长度和波峰到波谷高度对流动换热性能的影响。

关键词： 波纹翅片； 数值模拟 ；换热因子； 阻力因子；换热性能

西安石油大学本科毕业设计论文

study on heat transfer and flow of wavy

设计说明书

一、热力计算

1、原始数据:

甲醇进口温度 t1’=64.4 ℃?甲醇出口温度?t1”=38℃ 甲醇工作压力 P1=0.04MPa 甲醇流量?G1=1.3×1.986×103kg/h 冷却水进口温度 t2’=32℃ 冷却水出口温度 t2”=42℃ 冷却水工作压力 P2 =0.36MPa 2、定性温度及物性参数

水的定性温度 t2=(t2’+t2”)/2=(32+42)=37℃ 水的密度查物性表得 ρ2=993.25kg/m3 水的比热查物性表得 Cp2=4.174KJ/kg.℃ 水的导热系数查物性表得 λ2=0.629W/m.℃ 水的粘度 μ2=697.76×10-6Pa.s 水的普朗特数查物性表得 Pr2=4.64

甲醇的定性温度 ，甲醇在0.04MP下的沸点温度ti=64.34℃ 冷凝段t1=( t1’+ ti)/2=(64.4+64.34)/2=64.4℃ 冷却段t1c=( t1”+ ti)/2=(64.34+38)/2=51.2℃ 甲醇在冷凝段温度下的物性常数： 密度ρ??2.31kg/m3

比热Cp1=1.42 KJ/kg.℃ 导热系数λ1=0.0169 W/m.℃ 粘度μ1=10.5×10-6 Pa.s 普朗特数

第一部分 列管式换热器选型设计计算

一． 列管式换热器设计过程中的常见问题

换热器设计的优劣最终要以是否适用、经济、安全、负荷弹性大、操作可靠、检修

清洗方便等为考察原则。当这些原则相互矛盾时，应在首先满足基本要求的情况下再考虑一般原则。

1． 流体流动空间的选择原则 （1） 不洁净和易结垢的流体宜走管内，因为管内清洗比较方便。 （2） 腐蚀性的流体宜走管内，以免壳体和管子同时受腐蚀，而且管子也便于清洗和检修。 （3） 压强高的流体宜走管内，以免壳体受压，可节省壳体金属消耗量。 （4） 饱和蒸气宜走管间，以便于及时排出冷凝液，且蒸气较洁净，它对清洗无要求。 （5） 有毒流体宜走管内，使泄漏机会较少。 （6） 被冷却的流体宜走管间，可利用外壳向外的散热作用，以增强冷却效果。 （7） 粘度大的液体或流量较小的流体，宜走管间，因流体在有折流挡板的壳程流动时，由 于流速和流向的不断改变，在低Re（Re>100）下即可达到湍流，可以提高对流传热系数。 （8） 对于刚性结构的换热器，若两流体的温度差较大，对流传热系数较大者宜走管间，因壁面温度与α大的流体温度相近，可以减少热应力。

在选择流体流径时，上述各点常不能同时兼顾，应视

毕业设计（论文）

题目： 基于SW6软件的固定管板式换热器设计

学 院： 继续教育学院 助学单位： 辽宁石油化工大学自考中心 专 业： 过程装备与控制工程 办学形式： 自学考试 姓 名： 指导教师： 郝娇

2011年03月

辽宁石油化工大学继续教育学院论文

基于SW6软件的固定管板式换热器设计

摘 要

在科技日新月异的今天，石化工业也在不断地创新，换热器在其中起到的作用也越来越显著。而本次设计中的固定管板式换热器就属于换热器中较为常见的一种。它是利用间壁式换热达到冷流体与热流体的热量转换从而实现物料间的热量传递。

本次设计：说明部分，计算部分，绘图部分。说明部分简述了固定管板式换热器在生产过程中的工艺流程及在石化工业中起到的重要作用，换热器在国内外的现状和未来的发展前景，同时介绍了换热器的结构设计和主要零部件结构的设计及其容器常用材料等。也介绍了各个部件之间的链接如法兰连接。最后则介绍了换热器主要零件压力容器的检验和验收。计算部分