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板翅式换热器的传热计算
钱寅国,文顺清
杭州杭氧股份有限公可设计院,浙江省杭州市东新路388号310004
摘要:介绍了板翅式换热器的结构形式,通过传热方程式推导出了翅片效率、表面效率以及
流动阻力的计算公式,为板翅式换热器的计算提供依据
关键词:板翅式换热器;传热计算;翅片效率
中图分类号:TB657
文献标识码:B
Calculation of heat transfer of plate- fin type heat exchanger
Qian Yinguo, Wen Shunqing
(Designing Institute, H ang how H angyang Co, Ltd, 388 "Dongxin Road, H angz hou 310004
Zheiiang, P. R. China)
Abstract: T he structure type of pla e fin type heat ex changer is briefed, and the calculat ion equat ions of fin
efficiency, su rface efficiency and flow resist ance are derived from heat transfer equation, w hich provides a basis
for calculat ion of plate-fin ty pe heat ex chang er
Keywords: Plate- fin type heat exchanger; Calcu lation of heat transfer; Fin efficiency
前言
1结构
换热器是过程机械的典型产品,是工艺过程的
板翅式换热器的结构形式很多,但其结构单元
关键设备,在化工生产中占有重要的地位。日前板体基木相同,都是由翅片、隔板、封条和导流片组
翅式换热器作为一种高效、紧凑、轻巧的换热设成,它是在金属平板上放一翅片(即所谓二次传热
备,已在石油化工、航空航天、电子、原子能、武画),然后再在其上放一金属平板,两边以边缘封
器工.业、治金、动力工程和机械等领域得到广泛应条密封而组成一个基木单元,上、下的两块金属板
用,并在利用热能、回收余热、节约原料、降低成称为隔板。换热器的芯体是由许多这样的基木单元
本以及一些特殊用途上取得了显著的经济效益。其组成。翅片是板翅式换热器最基木的元件,传热过
主要特点是:传热效率高、紧凑、轻巧、适应性程主要是通过翅片来完成,一部分直接由隔板来完
强、制造工艺要求严格、制造研究开发费用高、结成,翅片与隔板的连接均为完善的钎焊,因此大部
构复杂、工作压力和温度有一定的限制、易堵塞和分热量经翅片、通过隔板传给冷流体。由于翅片不
被腐蚀、工质要求比较洁浄、加工工艺复杂等特像隔板直接把热量传给冷流体,翅片有“二次表
占
面”之称
近年来,板翅式换热器的设计理论、试验研
到目前为止己出现以下几种翅片形式:平直翅
究、制造工艺、开拓应用的研究方兴未艾,特别是片、多孔翅片、锯齿翅片、波纹翅片、钉状翅片
些新技术的滲透,使其应用范围更加广泛,进入百叶窗式翅片、片条翅片。其中常用的有平直翅
了一个新的发展时期。
片、锯齿翅片、多孔翅片及波纹翅片。
收稿日期:20110324
作者简介:钱寅国,男,1983年生,助理工程帅,2009年毕业于华东理工大学化工过程机械,现在杭州杭氧股份有限
公司设计院从事板翅式换热器的开发、设计工作。
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2传热设计计算
Q=「K△dF
21传热计算的基本方程
式中:Q为热负荷,W;K为换热器任一微
换热器的计算一般可以分为两种一种是设计元传热面的传热系数.W/(m2?k);dF为微元传
一个新的换热器,以确定换热器所需换热面积的设热面积,m2;A为在微元面积传热面处的传热温
计计算:另一种是对己有的或已选定的换热器,在
差,℃
非设计工况下核算共能否胜任规定的换热任务的校
公式(1)中的k和△t都是F的函数,而且
核计算。前者的计算目的在于决定换热器的传热面
每种换热器的函数关系各有异同。
秋积,但是同样大小的传热面积可以采用不同的构造
2.1.2热平衡方程式
尺」;另外,结构尺」也同时影响传热计算的过
如果不考虑散热至周围环境的热量损失,则冷
程.因此实际上这种计算也必定与结构计算交又进流体所吸收的热量应该等于热流体放出的热量。此
行。校核性传热计算则是针对已选定的换热器,确时的热平衡方程式可以写为:
定流体的出口温度并确定该换热器在非设计工况下
Q=qmi C
的性能变化,判断其能否在非设计工况下完成任
务。进行换热器的传热计算,最主要的是确定热负
式中:gm和qm2分別为热、冷流体的质量流
荷和流体的进/出口温度、传热面积、传热系数,量,kg/s;ce1和c2分别为热、冷流体的质量定压
同时确定这些量之间的关系。无论是设计计算还是
热容,k/(kg"O:t1和t2分別为热、冷流体
校核计算,都需要采用两个相同的基木关系式,即
传热方程和热平衡方程式リ,并且这两个方程式的进ロ温度.C:t"」和な2分別为热、冷流体的出
口温度,℃
常常需要联立求解。
2.2几何尺寸计算
2.1.1传热方程式
板翅式换热器芯体基本单元的结构尺刂」如图1
传热方程式的一般形式为
所
图1板翅式换热器芯体基本单元的结构尺寸
图1中:h为翅片高度;8为翅片厚度;Ss为
对于每层单元,通道的横截面积
翅片间距,s=x+8;x为翅片内距,x=s-8
i= 2,
L?为有效单元长度;B为有效单元宽度;y为翅
片内高,y=h-6
芯体的n层通道的横截面积
(1)当量直径dc:
B
4.
(3)传热面积F
2(x+y)x+
式中:U为周边宽度,m。
n层通道的一次传热面积
(2)通道横截面积A
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