板翅式换热器的散热性能研究

板翅式散热器

从结构形式上看，目前油换热器主要有以下几种类型：（1）管片式结构主要由翅片（结构型式有开窗、不开窗或褶皱压凹翅片等）和散热管（圆管或者扁平管）、主片组成散热芯体，再焊接上下集油室、进出油接管等组成整个换热器。

特点：承压能力较高，散热效率较低，工作效率高，便于组织流水线生产，但由于散热效率低等原因，目前较少采用。

（2）管带式结构主要由散热扁管、波浪散热带、加强板、主片组成散热芯体，再焊接上下集油室、进出油接管等零部件组成整个换热器。

特点：散热效率高，但承压能力较低，工作效率高，便于组织流水线生产，目前较多采用。

（3）板翅式结构主要由隔板、内翅片以及散热带和封头、封条组成芯体，再焊接上下集油室、进出油接管等零部件组成整个换热器。

特点：散热效率高，承压能力高，但工作效率低，要求精度高，焊接方式特殊，不便于大批量生产，目前较少采用表2-1 常用清洗方法Table2-1 The Common Cleaning Methods序号清洗方法11，用有机溶剂清洗并晾干；2，在温度60～70℃的水溶液中加Na3PO4（40～60）g；NaOH（8～12）g；水玻璃（25～30）g；清洗（3～5）min；3，在温度70～80℃的热水清洗池中冲洗；4，在温度70～80℃、加40～60g/L 的NaOH 水溶液中清洗；5，冷水洗；6，在温度8～25℃，加250～300g/L 的HNO3水溶液中清洗；7，在清洗池的流动热水中清洗；8，干燥。

21，在温度60～70℃，加5%NaOH 的水溶液中清洗2min；2，在清洗池中用热水清洗；3，在温度60～65℃，加15%NaOH 水溶液中清洗（2～5）min；4，在清洗池中用热水清洗；5，清洗池中用冷水冲洗；6，干燥。

31，把5%(按重量)无水Na2CO3溶解在90℃水里，浸（10～30）s；2，把2%NaOH(按重量)和5%Na2SiO3 (按重量)水玻璃溶解在90℃水中，浸（1～2）min；3，在清洗池中用热水清洗；4，在温度65℃，15%HNO3 (按重量)溶液中浸（1～2）min；5，热水冲洗，烘干。

板翅式换热器翅片性能数值模拟及其优化

板翅式换热器翅片性能数值模拟及其优化摘要：为提升板翅式换热器的综合性能，采用数值模拟方法，探究翅片结构参数对板翅式换热器翅片的流动传热特性的影响。

结果表明，减小翅片长度可以增强板翅式换热器的换热效果，但同时也会增加换热器的阻力，因此要根据实际情况进行综合考虑；在研究范围内，翅片长度在l=5m时，翅片的JF因子最高，综合性能最好；模拟结果在v=5m/s的综合换热效果是最好的，说明在低雷诺数的情况下换热性能要优于高雷诺数的条件。

研究结果可以为板翅式换热器错位翅片的优化设计提供理论指导。

关键词：板翅式换热器；错位翅片；换热性能； JF因子1引言板翅式换热器广泛应用于空分、航天、化工等领域，得益于其传热效率高、紧凑轻巧、适应性强等优点，可在200℃到接近绝对零度的温度区间内工作。

科技工业的发展，对板翅式换热器的综合性能有了更高的要求，主要体现在板式换热器的翅片上，其结构尺寸对换热器的性能影响较大，因此研究翅片结构如何影响板翅式换热器就有重要的应用价值。

本文来源于高温空气换热的实际工程背景，以板翅换热器错位翅片为研究对象，对翅片取不同长度进行建模，利用数值模拟方法，研究错位翅片通道内流场的换热特性，分析结构参数对其换热性能的影响，以JF因子最大为优化目标，对错位翅片结构进行优化研究。

2几何结构及计算模型2.1物理模型及边界条件图1为计算物理模型，其中翅片参数包括翅片高度h、翅片间距s、翅片长度l、翅片厚度t、模型长度L。

为了使流体在翅片入口前端处于充分发展状态，进口段延长了20mm；为了避免出口出现回流现象，出口段延长了50mm。

由于翅片入口前端流体分配均匀，入口边界条件设为速度入口，入口温度为313K。

由于在翅片结构的进出口处添加了延长段，为了维持通道内的雷诺数不变，需要将延长段入口速度进行换算，计算方法如下：本文中当量直径定义为：式中——流体流通截面的面积，m2；——流体流通截面的湿周，m。

出口为了防止回流现象，设为压力出口；上下隔板表面边界条件设为定壁温(443K)；侧面设定为对称边界条件，板翅材料为铝，通道流体为空气。

一种特殊板翅式电器冷却器的换热及压降特性的研究

12kw
Qv 3900m3 / h
45C
2 模型分析及计算
2.1 传热过程的研究分析铝制板翅式散热器，散热器的冷凝段的芯体采用的翅片、封条、隔板经过真空焊接后形成的液体通道。由隔板与隔板形成的液体通道可以在很小的空间内得到较大冷凝面积，即在相同冷凝空间相与热管式散热器相比较板翅式散热器的冷凝段的面积可以做的比较大，因此板翅式散热器可以更好、更快的将更多的热量散放到外界去。板翅式散热器的工作原理：散热器蒸发段的底面为平面基板，基板与半导体功率器件之间通过涂抹一层导热硅脂将两者紧密的集合在一起，半导体元器件工作产生的热量先是通过辐射和导热的方式传递给基板，导热基板以导热的方式将热量透过热管蒸发段管壁进入内腔使冷却介质受热，冷却介质通常选用纯净水+乙二醇的混合液对变流器功率模块半导体进行冷却。在散热器内部处于真空状态工质受热容易沸腾，沸腾蒸发产生的蒸汽顺着冷凝段的冷凝通道上行，蒸汽上行的过程在冷凝段凝结释放出潜热变为液态，凝结在冷凝避免的工质在重力的作用下回到蒸发段的液池内，并进入下一个循环。冷却介质将吸收热量在冷凝段释放后再通过外部的二次冷却散发到大气中去。图 1 为散热器工作原理图。
82 80 78 76 74 72 70 68 66 64 62 60 58 56 54 52 20 25 30 35 40 散热器进口空气温度 ℃
5m/s 6m/s 7m/s 8m/s
44 42
5m/s 6m/s 7m/s 8m/s
换热系数 W/(m2·K）
K值 W/(m2·K）
40 38 36 34 32 20 25 30 35 40 散热器进口空气温度 ℃ 45
f ——换热系数的摩擦因子； L ——为换热器通道长度，m； De

高速列车用板翅式换热器波纹翅片通道传热特性研究

摘要由于高速列车发展迅猛，使得高速列车冷却技术受到广泛关注，而板翅式换热器以换热效率高、结构紧凑、轻巧等优势受到青睐，论文以一种板翅式换热器的波纹通道为对象，用数值方法研究了波纹翅片通道的传热和流动特性，并将波纹翅片通道结果与平直翅片通道进行对比。

在雷诺数等于300-2200范围内，还考察了波纹翅片通道几何参数（波纹振幅，波纹波长，翅片高度，翅片宽度）对通道传热和流动的影响。

论文主要研究结果如下。

在论文研究范围内，随着雷诺数的增大，波纹翅片通道的平均努塞尔数增大，而阻力系数却减小；平直翅片通道的变化趋势与波纹翅片的相同；且波纹翅片通道的平均努塞尔数和阻力因子均明显高于平直翅片通道。

当波纹振幅增大，其他几何参数不变时发现，波纹振幅越大，平均努塞尔数越大，同时阻力因子也越大；当波纹波长减小，其他几何参数不变时发现，波纹波长越小，平均努塞尔数越大，阻力因子也越大；当改变翅片宽度，其他几何参数不变时发现，翅片宽度对阻力因子的影响甚微，当雷诺数小于800时，翅片宽度越小，平均努塞尔数越大，当雷诺数大于800时，翅片宽度越大，平均努塞尔数越大；当改变翅片高度，其他几何参数不变时发现，翅片高度越大，平均努塞尔数越大，阻力因子也越大。

以翅片高度为例，采用等泵功条件下换热因子作为评价指标时发现，评价因子随着雷诺数的增加而增大，而且出现了大于1的情况，这说明波纹翅片通道换热能力优于平直翅片通道，实现了强化传热。

在相同的结构参数下，几何参数对二次流强度的影响与平均努塞尔数的变化趋势相同。

随着雷诺数的增加，二次流逐渐强度增加，且波纹翅片通道的二次流强度明显高于平直翅片通道的二次流强度。

这表明波纹翅片通道的强化传热是由二次流产生的。

关键词：数值模拟；板翅式换热器；波纹翅片；参数影响论文类型：应用研究AbstractDue to the rapid development of high-speed trains,its cooling technology has been widely concerned,and the plate-fin heat exchangers are favored by the advantages of high heat exchange efficiency,compact structure and light weight.This paper takes the channel formed by wavy fins of a plate-fin heat exchangers as an object.The heat transfer and flow characteristics in the wavy fin channel were compared to them in the channel formed by the plains fins.In the range of Reynolds number from300to2200,the effects of wavy fin geometry(wave amplitude,wave wavelength,fin height,fin width)on heat transfer and flow of wavy fin channel are studied.The following conclusions are obtained.With the increase of Reynolds number,the average Nusselt number of wavy fin channel increases,while the drag coefficient decreases,the trend of plain fin channel is the same as that of wavy fin channel;and the average value of both the Nusselt number and the drag factor of wavy fin channel are significantly higher than that of the plain fin channel.When the wave amplitude increases and other geometric parameters are constant,it is found that the larger the wave amplitude is,the larger the average Nusselt number is,and the larger the resistance factor is.When the wave wavelength is reduced and other geometric parameters are unchanged,it is founded that the smaller the average Nusselt number,the larger the drag factor;When the wave amplitude increases and other geometric parameters are constant，it is found that the fin width has little effect on the drag factor，when Re<800,the smaller the fin width,the larger the average Nusselt number,Re>800,the larger the fin width,the larger the average Nusselt number;when changing the fin height,other geometry parameters are constant,it is found that the larger the fin height,the larger the average Nusselt number and the larger the drag factor.Taking the fin height as an example,when the heat transfer factor is used as the evaluation index under the condition of equal pumping power,it is found that the evaluation factor increases with the increase of the Reynolds number,and there is a case of more than1,which indicates the heat exchange capacity of the wavy fin is better than that of plain fin for enhanced heat transfer.Under the same structural parameters,the influence of geometric parameters on the secondary flow intensity is the same as the average Nusselt number.As the Reynolds number increases,the secondary flow gradually increases in strength,and the secondary flow intensity of the corrugated fins is significantly higher than the secondary flow intensity of the flat fins. This shows that the heat transfer enhancement in the wavy fin channel is caused by the secondary flow.Key Words:Numerical simulation;plate-fin heat exchanger;wavy fin;parameter influence目录摘要 (I)Abstract (II)1绪论 (1)1.1高速列车 (1)1.1.1动车组牵引方式及特点 (1)1.1.2动车组冷却系统 (2)1.2板翅式换热器 (3)1.2.1板翅式换热器结构 (3)1.2.2翅片结构形式 (4)1.2.3国外发展现状 (5)1.2.4国内发展现状 (8)1.3本论文的主要任务 (10)2波纹通道板翅式换热器的物理模型 (11)2.1模型结构 (11)2.2模型的几何参数 (11)2.3数值模拟及边界条件描述 (12)2.3.1模型的数学描述 (12)2.3.2初始条件和边界条件 (15)2.4传热及流动参数定义 (16)3数值模拟 (18)3.1适体坐标的转换 (18)3.2控制方程和边界条件的离散化 (21)3.2.1离散化 (21)3.2.2控制方程的离散 (22)3.2.3边界条件的离散 (24)3.2.4计算平面上的离散 (26)3.3求解Navier-Stokes方程的压力修正方法 (28)3.3.1速度修正值的计算公式 (28)3.3.2求解压力修正值的代数方程 (29)3.3.3SIMPLE算法的计算步骤 (30)3.3.4流场迭代收敛的依据 (30)4网格划分及独立性检验 (32)4.1编程划分通道网格 (32)4.2网格独立性校核 (33)4.3数值方法的验证 (34)5数值结果与云图分析 (36)5.1温度场分布 (36)5.2局部努塞尔数和横向平均努塞尔数 (36)5.3流线图分布 (38)5.4强化传热效果 (39)6数值结果与分析 (40)6.1几何参数对换热性能的影响 (40)6.2波纹通道波长W的影响 (40)6.3波纹通道振幅A的影响 (41)6.4通道高度H的影响 (42)6.5通道宽度L的影响 (44)6.6二次流 (45)6.6.1二次流定义 (45)6.6.2结构参数对二次流的影响 (46)6.6.3几何参数与努塞尔数、阻力系数和二次流强度的关联式 (47)结论 (51)致谢 (52)参考文献 (53)攻读学位期间研究成果 (55)1绪论1.1高速列车当下，科学技术处于巅峰时期，最为突出的科技之一就包括铁路技术，铁路发展迅猛，从早些年代的蒸汽机车，到燃气轮车，再到当今时代的高铁，经历了两百多年的发展历史，给人类出行方式带来了巨大的改变，使人们出行愈加简单、快捷。

板翅式换热器在冷却系统中的应用分析

板翅式换热器在冷却系统中的应用分析前言：板翅式换热器是一种传热效率高、结构紧凑、轻巧而牢固、适应性强、经济性好的换热设备，与传统的管壳式换热器相比，具有两个显著的特点，重量轻，体积小。

现已广泛应用于石油化工、航空航天、电子、原子能和机械等领域。

将板翅式换热器应用于燃气轮机进气冷却系统中，作为空气冷却器，在国内尚属首例。

本文针对某燃气轮机电厂的燃气轮机进气冷却系统，分析板翅式换热器的性能。

该电厂的燃气轮机进气冷却系统见图1。

板翅式换热器布置于原燃气轮机进口滤网之前。

设计时，将板翅式换热器空气侧的阻力设计成较小，以减少阻力对燃气轮机出力的影响。

经计算得到板翅式换热器体积为7．02 m 。

由于换热器的尺寸大于燃气轮机进风口尺寸，为将板翅式换热器与原燃机进风口较好的结合，在换热器和进风口之间加装一扩口，见图2。

一板翅式换热器结构与性能板翅式换热器结构的基本单元由翅片、隔板、封条3部分组成(见图3)。

许多基本单元体组成板翅式换热器的芯体。

波形翅片置于两块平隔板之间，并由侧封条封固，许多单元体进行不同组叠并进行钎焊焊牢，就得到了错流布置的芯体。

冷热流体在相邻的基本单元体的流道中流动，通过翅片及与翅片连成一体的隔板进行热交换。

该燃气轮机电厂的进气冷却系统应用板翅式换热器来降低燃气轮机进口空气温度，换热器基本单元结构为锯齿多孔型。

空气从左向右流动，其质量流量为414 t/h；水从前向后流动，质量流量600 t/h。

板翅式换热器空气侧压力为大气压，冷冻水进、出口压力分别为6bar、2bar；空气、水侧阻力分别为271 Pa、4×10 Pa；空气、水侧传热面积分别为2 323．4 m 、622．4 m 。

二板翅式换热器与管式换热器的性能对比目前，国内燃气轮机进气冷却系统中的空冷器中换热器形式有两种，分别为板翅式和管式。

现将该燃气轮机电厂与深圳某电厂的吸收式燃气轮机进气冷却系统中的板翅式换热器性能进行对比。

板翅式换热器翅片表面传热与阻力特性性能分析一

板翅式换热器翅片表面传热与阻力特性性能分析一【关键词】翅片,传热,板翅式换热器【论文摘要】板翅式换热器作为一种高效新型紧凑式换热器，其传热主要是依靠其重要的单元部件翅片来完成,其换热能力是由翅片的扩展面大小和翅片对流体的扰动能力来决定。

本文通过对四川川空换热器有限公司生产的翅片利用稳定态的测试方法进行传热因子和摩擦因子的测试，得到Re~j, Re~f,的关系图，为板翅式换热器工程设计提供可靠的设计数据。

一、引言:板翅式换热器作为一种新型高效换热设备，由于其具有结构紧凑、传热效率高、轻巧牢固、适应性强、经济性好等特点，目前在我国已广泛应用于低温法空气分离、天然气液化、石油化工、车辆工程、核工程、以及电子设备、微尺度设备工程等领域。

与传统的管壳式换热器相比，其传热效率高20%~30%，成本可以降低50%。

高效换热型面及其测试技术一直以来都是热力工作者的主要研究方向之一。

本文采用由华中科技大学能源与动力工程学院热科学与工程技术中心为四川川空换热器有限公司设计开发的低速吸风式传热实验风洞及数据采集处理系统，对四川川空换热器有限公司生产的各种翅片进行了传热因子、摩擦因子测试，为板翅式换热器工程设计提供可靠的设计数据。

二、工程背景及换热表面的传热性能测试方法简介：在王松汉老师主编的《板翅式换热器》一书中，曾重点指出：“在对板翅式换热器进行设计时，不仅应当根据翅片形式、翅片参数、而且要根据制造厂提供的雷诺准数Re与传热因子j，雷诺准数Re与摩擦因子f的关系图，查得j和f的值，进行传热和流体阻力计算。

虽然翅片的形式和参数都相同，但是由于不同工厂生产的翅片，加工方法和制造精度不同，翅片的毛刺、切开、翅片的变形情况也不同，都会引起j，f值的较大变化。

因此工厂生产的板翅式换热器，都应当根据该厂提供的Re与j，Re与f的关系图进行换热器设计，否则将会引起误差。

”有关板翅式表面性能数据最早由美国Norris R.H.进行研究，继则有美国Kay W . Y.与London A.L.为首的Stanford大学研究小组进行了广泛、系统地试验研究，并将56种规格板翅表面的性能数据汇聚于《Compact Heat Exchangers 》中。

板翅散热器性能计算报告

空气—水热交换器性能计算报告前言：空气－水热交换器利用风扇驱动环境空气来冷却系统内的乙二醇－水混合液。

根据GE公司提供的参数，本文计算了该板翅式热交换器（结构尺寸最大为879mm ×460mm×58mm）的换热性能和流阻。

1 技术参数和技术要求1.1 技术参数要求热交换器热边出口温度60℃，冷边空气入口温度取45℃。

热边：乙二醇－水混合液，t1//=60℃ G1=37.85L/min（10gpm）冷边：环境空气，t2/=45℃ G2=0.85m3/s（1800ft3/min）1.2 技术要求换热量Q≥11kW，热边流阻不大于8.72kPa, 冷边流阻不大于74.7Pa。

2 计算数学模型分析该热交换器的计算，实际上是在结构尺寸基本给定情况下的校核计算。

根据已知的资料，该热交换器为热边两流程、冷边单流程纯叉流热交换器，去掉必要的结构尺寸，其芯体尺寸为750×396×58，如图1（a）所示。

这可看作是两个完全相同，热容比C*相等的的单程叉流热交换器芯体的组合，可折算为一个如图1（b）所示芯体进行计算。

L 1＝1500mm L2＝58mm Ln＝198mm 隔板厚度δZU＝0.4mm，热边封条宽度B1＝4mm，冷边封条宽度B2＝6mm。

图1 芯体示意图3 设计计算设计计算由热交换器的热力性能计算和流体阻力计算两部分组成。

3.1 热力性能计算热边（乙二醇－水混合液边）采用矩形锯齿形波纹板，波纹板的结构示意图见图2a，数据如下：b 1＝3.5mm h1＝3mm 切开长度ls＝5mm δ1＝0.15mm图2a 矩形锯齿波纹板示意图冷边（空气边）采用百叶窗式波纹板，波纹板的结构示意图见图2b，数据如下：p＝4.7mm 2l0＝9.3mm δ2＝0.10mm百叶窗节距lp ＝1.1mm 百叶窗高度lh＝0.54mm 百叶窗长度lj＝7mm图2b 百叶窗式波纹板示意图计算热边层数N 1、冷边层数N 2由热交换器芯体结构可知，冷边层数N 2要比热边层数N 1多一层，即N 2＝N 1＋1，取隔板厚度为δZU ＝0.4mm ，（h 1＋2×δZU ）N 1＋2l 0N 2＝L n（3＋2×0.4）N 1＋9.3（N 1＋1）＝198 N 1＝14 N 2＝15则实际L n /＝（3＋2×0.4）×14＋9.3×15＝192.7 3.1.1 计算当量直径d e乙二醇－水边de 1：X 1=b 1-δ1=3.5-0.15=3.35mm Y 1=h 1-δ1=3-0.15=2.85mm则 d e1=2X 1Y 1/（X 1＋Y 1）=2×3.35×2.85/（3.35+2.85） =3.080×10-3m 空气边d e2：21波高实长l ＝()2222027.43.9212221⎪⎭⎫ ⎝⎛+=⎪⎭⎫ ⎝⎛+P l ＝4.796mm则 d e2=4（Pl 0-2l δ2）/（P+4l ）=4×（4.7×4.65-2×4.796×0.10）/（4.7+4×4.796） =3.499×10-3m 3.1.2 计算流体流通面积F fF 1f =N 1X 1Y 1（L 2-2×B 1）/b 1 （应考虑热边封条宽度） =14×3.35×2.85×（58-2×4）/3.5 =0.1910×10-2m 2F 2f =N 2(L 1-2×B 2)（2l 0－4l δL /P ）（应考虑冷边封条宽度） =15×（1500-2×6）（9.3－4×4.796×0.10/4.7） =0.1985m 23.1.3 计算迎风面积F yF 1y =L 2×L n /=58×192.7=0.0112m 2 F 2y =L 1×L n /=1500×192.7=0.2891m 23.1.4 计算孔度σσ1=F1f/F1y=0.1910×10-2/0.0112=0.171σ2=F2f/F2y=0.1983/0.2891=0.6873.1.5 共用主传热面积FzuF zu =2N1L1L2=2×14×1500×58=2.436m23.1.6 定性温度tf根据公式Q＝Gm ·Cp·（t1/-t1//），其中：Q－要求的换热量，kcal/hGm－介质质量流量，kg/sCp－介质定压比热，kcal/(kg·℃)计算后取t1/=65℃ t2//=57℃则 tf1=(t1/＋t1//)/2＝62.5℃tf2=(t2/＋t2//)/2=51℃3.1.7 查物性参数乙二醇－水边空气边C P1=0.8066kcal/（kg·℃） CP2=0.240kcal/（kg·℃）λ1=0.3975kcal/（m·h·℃）λ2=2.436×10-2kcal/（m·h·℃）ρ1=1.0325kg/L ρ2=1.0897kg/m3μ1=1.5255×10-4kg·s/m2μ2=2.005×10-6kg·s/m2Pr2=0.69783.1.8 水当量W，热容比C*，假设效率ηW 1=G1CP1=37.85L/min/60×1.0325kg/L×0.8066kcal/(kg·℃) =0.5254kcal/(s·℃)W 2=G2CP2=0.85m3/s×1.0897kg/m3×0.240kcal/(kg·℃) =0.2223kcal/(s·℃)C*=Wmin /Wmax=0.2223/0.5254 =0.4231则热交换器假设效率η0=456560652223.05254.0'2'1"1'1min1--⨯=--⋅ttttWW=0.59093.1.9 质量流速ωω1=G1/F1f=(37.85L/min×1.0325kg/L)/(60×0.1910×10-2m2) =341.01kg/m2·sω2=G2/F2f=0.85m3/s×1.0897kg/m3/(0.1985m2) =4.669kg/(m2·s)3.1.10 计算雷诺数Re、普郎特数PrRe1=ω1de1/(μ1g)=341.01kg/(m2.s)×3.080×10-3m/(1.5255×10-4kg.s/m2×9.81m/s2) =701.84Re2=ω2de2/(μ2g)=4.669kg/(m2.s)×3.50×10-3m/(2.005×10-6kg.s/m2×9.81m/s2) =830.82Pr1=μ1gCP1/λ1=(1.5255×10-4×9.81×0.8066)×3600/0.3975 =10.933.1.11 计算放热系数α和摩擦因子f乙二醇－水边为矩形锯齿形波纹板，根据资料[2]P173，对于Re≤1000，其准则方程适用于式（6-65）、（6-66）：l 1/de1=1.623 a1*=b1/h1=1.167 de1=3.080 Re1＝701.84f 1=7.661(l1/de1)-0.384a1*-0.092Re1-0.712=7.661×1.623-0.384×1.167-0.092×701.84-0.712 =0.0590j 1=0.483(l 1/de 1)-0.162a 1*-0.184Re 1-0.536=0.483×1.623-0.162×1.167-0.184×701.84-0.536 =0.0129则 α1=j 1ω1C P1/Pr 10.67 =0.0129×341.01×0.8066×3600/10.930.67=2581.17kcal/(m 2·h ·℃)空气边为百叶窗式波纹板，根据资料[3]P166，Davenport 公式：f 2=5.47Re 2P -0.72l h 0.37(l 2)0.23l P 0.2(ll j 2)0.89 (适用条件：70＜Re 2=830.82＜1000）=5.47×261.12-0.72×0.540.37×(2×4.796)0.23×1.10.2×(796.427⨯)0.89=0.1026j 2=0.249Re 2P -0.42l h 0.33()l 20.26(ll j 2)1.1 (适用条件：300＜Re 2=830.82＜4000＝=0.249×261.12-0.42×0.540.33×(2×4.796)0.26×(796.427⨯)1.1=0.0250式中Re 2P 以百叶窗的节距l P 为特征长度，即以l P 为当量直径：Re 2P =ω2l P /(μ2g)=4.669kg/(m 2.s)×1.1×10-3m/(2.005×10-6kg.s/m 2×9.81m/s 2) =261.12由努谢尔特数公式Nu=λαed 及柯尔朋（Colburn ）公式j=Re Pr 31-Nu 得α2=313231222226978.082.8300250.010499.310436.2Pr Re d ----⨯⨯⨯⨯=∙j e λ =128.10kcal/(m 2·h ·℃)3.1.12 计算肋片效率乙二醇－水边为矩形锯齿形波纹板，计算m 时需考虑波纹板边缘暴露面积，由资料[2]P154式（6-15）（6-16）：m 1=⎪⎭⎫ ⎝⎛+⨯⨯⨯=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+-215.011015.018017.258121231111l f δδλα =443.77m -1l 1=3/2-0.15=1.35mmm 1l 1=473.77×1.35×10-3=0.599η1L =th(m 1l 1)/m 1l 1=th(0.659)/0.659=0.895空气边为百叶窗式波纹板，由资料[2]P154式（6-15）（6-16）：m 2=3221010.018010.12822-⨯⨯⨯=δλαf =119.30m -1l 2=4.796-0.10=4.696mm m 2l 2=119.30×4.696×10-3=0.560η2L =th(m 2l 2)/m 2l 2=th(0.560)/0.560=0.907 3.1.13 肋片有效传热面积F LF 1L =2N 1（L 2-2B 1）L 1Y 1η1L /b 1 （应考虑冷边封条宽度） =2×14×（58-2×4）×1500×2.85×0.895/3.5 =1.5305m 2F 2L =N 2[（L 1-2B2）4lL 2×2/P]η2L （应考虑冷边封条宽度） =15×[58×（1500-2×6）×4×4.796×2/4.7]×0.907 =9.5852m 23.1.14 总有效传热面积F eF 1e =F zu +F 1L=2.436+1.5305=3.9665m 2 F 2e =F zu +F 2L=2.436+9.5852=12.0212m 2 3.1.15 计算KF 值，NTU 值 KF=0212.1210.1289665.317.25810212.1210.1289665.317.258122112211⨯+⨯⨯⨯⨯=+e e e e F F F F αααα=1338.58kcal/（h ·℃）NTU=KF/W min=1338.58kcal/(h ·℃)/(0.2223kcal/s ·℃×3600) =1.6733.1.16 计算效率η两边流体均不混合，按资料[2]P161式（6-35）计算ηi 值：ηi =1-exp ｛NTU 0.22［exp （-C *NTU 0.78）-1］/ C *｝=1-exp ｛1.6730.22［exp （-0.4231×1.6730.78）-1］/0.4231｝ =0.71063.1.17 散热性能分析本文计算的效率值（0.7106）大于假设效率（0.5909）。

板翅式换热器的研究与应用进展

板翅式换热器的研究与应用进展原作者：凌祥涂善东陆卫权出处：【关键词】板翅式换热器,研制,应用,发展趋势【论文摘要】简述了板翅式换热器在设计理论如表面特性及选择、传热和流动分析、计算机辅助工程、结构设计等方面的研究成果。

分析讨论了板翅式换热器在制造工艺如真空钎焊工艺、高热流密度的换热表面技术、钛和不锈钢换热器的钎焊工艺等方面的新进展和存在的问题。

指出板翅式换热器的技术发展趋势是：耐高压、高温和耐腐蚀新材料的应用，扩散熔合焊和超塑性成型等先进制造工艺的研究，多相流传热机理及基于CFD技术的设计新方法的研究等。

<P&NBSP;STYLE='TEXT-INDENT:&NBSP;26'>早在1930年英国马尔斯顿*艾克歇尔瑟公司就用铜合金浸渍钎焊方法制成航空发动机散热用板翅式换热器。

经过70年的发展，目前板翅式换热器作为一种高效、紧凑、轻巧的的换热设备，已在石油化工、航空航天、电子、原子能、武器工业、冶金、动力工程和机械等领域得到广泛应用，并在利用热能、回收余热、节约原料、降低成本以及一些特殊用途上取得了显著的经济效益。

近年来，板翅式换热器的设计理论、试验研究、制造工艺、开拓应用的研究方兴未艾，特别是一些新技术的渗透，使其应用范围更加广泛，进入了一个新的发展时期。

板翅式换热器设计理论1.表面特性及选择板翅式换热器中的传热过程主要是通过翅片来完成的。

美国斯坦福大学的Kays和London等人对紧凑表面进行了较系统的实验研究，总结出40多种翅片形状的板翅式换热器传热和阻力关联式。

Shah对平直翅片的研究表明，宽高比较大的矩形通道流道品质（j/f）优于三角形（正弦形）通道。

Joshi和Webb对锯齿翅片的表面特性进行了研究，提出了一系列关联式。

锯齿翅片传热特性随切开长度而变化［1］，切开长度越短，传热性能越好，但压降也增加。

Goldstein 和Sparrow应用传质模拟方法对波纹翅片进行了试验研究，发现对低Re层流(25%, Re=1000)，波纹翅片引起传热强化很少，而对低Re湍流具有明显的强化效果（200%，Re=600～800）。

板翅换热器平直翅片的传热与阻力性能试验

传热系数对翅片表面对流传热系数的处理采用传热效
图２平直翅片结构参数示意图．２ＧＦｉｇｅｏｍｅｔｒｙｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｆｓｍｏｏｔｈｆｉｎ
率传热单元数（法。由于本文研究的换热犡ＮＴＵ）器试件的两种流体的流动方式为错流，其犡ＮＴＵ３］关系式［为
博士生，２０００３０上海市教授教授博士生导师博士生导师
工程师，３１７２００浙江省天台县
５４
农
业
机
械
学
报
２００７年
电阻在换热器试件进出口管道上测量水温，标定后其精度为０控制水入口温度恒定１ ℃。试验过程中，水温的控制是由８为９０ ℃。０ｋＷ无级可调的电加热器来实现。冷却空气的进出口温度采用热电偶网进行测定，取算术平均值。入口布置８个热电偶，出口布置１６个热电偶。
水、空气的流量测量。采用涡轮流量计测量（２）涡轮流量计的精度为０水体积流量，２５％。冷却空喷嘴根据国家Ｇ气流量采用喷嘴组合测量，燉ＢＴ等效Ｉ喷嘴前后的压差采用精２６２４标准（１６７）。ＳＯ５度为０２５％的微差压变送器测量。测量喷嘴前空气静压的压力传感器精度为０保持４％。测量过程中，３水流量恒定为２通过调节变频风机转速实２ｍ燉，ｈ现对风量的调节。试验试件前后压差的测量。在试验试件前后（３）的风道上开设静压测孔，前后各开８个静压孔，静压孔连接成环状。试件前后空气压差采用精度为０４％的差压变送器测量。数据采集与控制系统。整个试验过程中所有（４）传感器测量信号采集是由ＩＣＰＣＯＮ数据采集模块来完成。数据采集模块通过Ｒ３２与计算机连Ｓ２接，实现人机对话。试验数据采集是在工况稳定后进行的，每次工况稳定时间约１５ｍｉ。热平衡偏差在３％以内。ｎ

板翅式换热器高精度翅片成形关键技术研究及其装备开发

我国是世界上对错列锯齿翅片复合成形技术探索较早的国家，1975 年开封空分设备厂技术员设计了一种翅片冲床，此前只有利用该设备可以制造错列锯齿翅片。由于该技术设备存在生产效率低（低于 60 次/分钟）、精度差且不稳定（高度偏差＞ ±0.03mm,节距误差≥ 3%、翅侧垂直度α ＞5°，长度方向还常存在扇形弯曲）、幅宽小（最大只能生产 450mm）、柔性低（只能生产少数几种翅型）。刀具寿命低、成本高。调模要求高、难度大，往往要经过数周反复多次的试模，才能冲出符合基本要求的翅片。通常要花费大量的人力、物力和财力反复修模、试模来修正和补偿回弹。在使用中经常出现断刀、翅片断裂或构连等现象。由于翅片成形整体精度差，因此在翅片与隔板的钎焊中焊接虚点多，隔板和翅片的焊接结合强度低，制成的板翅式换热器成品率低，不能用于中高压使用场合，目前已很难适应现代换热器企业对高压、高效、节能的复杂翅片生产要求。因此找到一种可靠的方法和手段揭示错列锯齿翅片的复合成形原理，分析影响成形质量的主要因素，准确确定成形工艺参数，预测并控制回弹，以此指导刀模具及专用翅片成形设备的设计制造，已成为目前行业中十分紧迫的任务。
3 结束语通过板翅式换热器高精度翅片成形关键技术研究及其装备
开发，预计未来十年仅国内翅片折弯冲压机及配套模具和辅机的市场规模约在2000台（套）以上，市场规模约15亿元人民币。利用本项目技术开发的翅片高速折弯冲压机，可大幅降低我国空分企业的生产成本，获得较大的经济效益，开发的成套制造设备还可出口创汇，由此产生的直接和间接经济效益十分巨大。
引言本论文就板翅式换热器高精度翅片成形关键技术进行了阐
述，涉及的关键技术为：①复杂型面高精度翅片有限元建模； ②翅片复合成形高精度数值模拟算法；③翅片回弹预测与控制技术；④翅片成形设备动力学分析及优化设计。内容包括：翅片的三维建模；3003、 3004 铝合金带材冲压性能试验；N 型、 M 型、W 型复合弯曲回弹试验；典型翅片成形及回弹过程数值模拟；翅片回弹数值分析及回弹抑制；翅片成形设备和模具的结构参数和工艺参数优化；回弹预测及模具刀齿型面补偿；翅片高速成形设备的结构设计及动力学分析等。

铝制板翅式换热器设计要点分析

铝制板翅式换热器设计要点分析摘要：铝制板翅式换热器是一种换热设备，具有高效性的特点，该散热器结构紧凑，可以快速传导热量，而且其重量较小，在当前的工业等领域得到了广泛应用。

为了进一步突出铝制板翅式换热器的优势作用，在对其进行设计的过程中，需要合理进行结构选型，并且注重细节优化，保证铝制板翅式换热器的散热效果。

本文铝制板翅式换热器设计要点进行分析研究，并且提出了几点浅见。

关键词：铝制板；翅式换热器；材料选择；设计要点一、铝制板翅式换热器的特点铝制板翅式换热器是一种高效的散热设备，具有非常明显的应用优势。

铝制板翅式换热器出现于美国，早在1942年，美国科学家Norris就提出了传热系数与Raylow数的关系，研究了平板、钉、波纹等翅片的传热性能。

随着这一技术的积极应用，美国将深化对板翅式换热器与舰船、海军、航空等环节的研究。

近年来，随着我国制造技术的发展，铝板翅片已经取代了传统的金属管壳结构。

其总质量比仅为1/10，传热效果显著，是传统金属的5~10倍。

因此，铝板翅片换热器在化工和天然气液化中得到了广泛应用。

二、板翅式换热器存在问题从结构上来看，板翅式换热器主要由进口管、进口封头、换热器芯、出口封头和出口管组成。

其结构尺寸为：进水管直径200mm，长度176mm，进水封头直径308mm，长度905mm；流体通道的宽度为19 mm，长度为308 mm；出口管的直径为200 mm，长度为246 mm。

由于进入各层中的板翅式换热器的通道的流体的不同流动模式，三个通道中的流动是不同的。

径向通道流是最大的，其次是环形通道流、涡流通道流是最小的。

进气管附近通道内的流速通常比头部末端涡流槽通道内的流速大一个数量级，各通道内的流速随进气管速度的增大而增大。

因此，板翅式换热器横向流动存在严重的不均匀分布，影响了换热器的传热效率。

考虑到锥形分配器可以实现均匀的分配和收集，不影响板翅式换热器的流量分布不均匀，只模拟了换热器的结构，包括进口管和出口管。

铝制板翅式换热器的设计研究

铝制板翅式换热器的设计研究摘要:随着我国工业建设的发展，新设备逐渐应用到工业生产中。

铝制板翅式换热器的运行给化工企业带来了方便。

铝制板产品具有重量轻、导电性高、导热性好等特点。

结合铝板翅式换热器的相关导流结构，针对相关技术操作规程和数据软件分析，从优化设计的角度研究了各种导流装置的结构模型，并对一定条件下的结构优化设计进行了分析。

关键词:铝制板翅式换热器;参数;材料选择;结构设计;前言铝制板翅式换热器具有体积小、重量轻、效率高、适应性强等优点，可满足错流、逆流、错逆流等多种不同介质同时换热，可同时进行气液、气液、冷凝和蒸发之间的换热。

广泛应用于空分、石油化工、天然气液化设备、乙烯冷箱等行业。

1铝制板翅式换热器的特点铝制板翅式换热器是美国最早研制的换热器。

早在1942年，美国科学家Norris就提出了传热系数与Raylow数的关系，研究了平板、钉、波纹等翅片的传热性能。

随着这一技术的积极应用，美国将深化对板翅式换热器与舰船、海军、航空等环节的研究。

近年来，随着我国制造技术的发展，铝板翅片已经取代了传统的金属管壳结构。

其总质量比仅为1/10，传热效果显著，是传统金属的5~10倍。

因此，铝板翅片换热器在化工和天然气液化中得到了不断的应用。

2铝制板翅式换热器的设计参数热流体：介质为甲烷，设计压力4.95MPa，进口工作温度40℃，出口工作温度16℃，设计温度150℃，传热系数2400 W/m2•K；冷流体：介质为三元冷剂，设计压力2.6MPa，进口工作温度1 0℃，出口工作温度21.5℃，设计温度65℃，传热系数1900 W/m2•K。

铝制板翅式换热器采用逆流换热。

由于在操作过程中，甲烷入口温度可能瞬间升至100°C以上，因此最终将热流体的设计温度设置为150°C。

由于假定的温升，在极端情况下，换热器热端冷流体温度为21.5℃，热流体温度为150℃。

通过简化的传热模型，热端铁芯的金属温度约为93.22℃，由下式可得:αhF(th -tw)=QαcF(tw -tc)=Q式中：αh -热流体传热系数；th-热流体温度；αc-冷流体传热系数；tc-冷流体温度；t=芯体金属温度；F-换热面积；Q-负荷3铝制板翅式换热器的材料选用铝板翅式换热器由集液头和传热芯组成。

关于板翅式换热器散热性能数据库的建立的若干研究

关于板翅式换热器散热性能数据库的建立的若干研究摘要：针对板翅式换热器的研究，有诸多理论计算和经验公式，但是随着新材料、新工艺和新结构的涌现，已有的经验公式已经不完全适于板翅式换热器的研究与开发，因此，针对板翅式散热器，结合实验、模拟以及不同的数据分析方法，建立散热性能数据库。

关键词：板翅式换热器；传热系数；数据库；标准件The Research of the Construction on the Performance Database of Plate-Fin Heat ExchangerCao Tianqin，Gao Zhenyu（GuiZhou YongHong Aviation Machinery Limited Company，GuiYang，550009）Abstract：There are much research on the plate-fin heat exchanger，such as theoretic caculation and experiential formula. With the development of new technology，new construction and new material，these existing method have not been suitable for the design and development of new product. For the plate-fin heat exchanger，a performance database is constructed by the tests，simulation and different data analysis methods.Keyword：plate-fin heat exchanger；heat exchange coefficient；database；standard part序言：换热器作为重要的节能设备，在国民经济的各个部门都有着广泛的应用。

传热和摩擦特性板翅管式换热器

板翅管式换热器的传热和摩擦特性摘要：通过对板翅式、波浪式和百叶窗式散热片的实验，来调查板翅管式换热器的传热和摩擦特性。

本实验对包括36个热交换器样本，12个板翅式，12个波状翅片和12个百叶窗翅片进行了测试。

结果给出的是摩擦系数和柯尔鹏因子对雷诺数范围在300-2000的图。

此外，通过传热系数和压降变化也提出了要反对正面的空气流速。

最后，波浪和百叶窗翅式换热器空气侧性能通过各种方法进行了研究。

1引言翅片和圆管热交换器广泛应用于工业空调和制冷应用。

同时满足能源和资源节能需求体现。

为了减少热交换器的尺寸和重量，已开发出了各种翅片模式来改善空气侧的传热性能。

典型的是波浪和百叶窗式翅片。

一般来说，由于空气流通格局的复杂性想要通过翅片管式换热器来建立数据关系非常困难。

因此，它必需借助于实验研究。

近日，Kayansayan [1] 调查平整和线圈的圆管换热器的外表面对几何形状的影响。

Jang 等[2] 研究板翅式和管式换热器组合的数值模拟实验。

在他们的研究中，详细的给出了压降和传热系数的数值结果，但实验结果是少量的。

Wang 等 [3] 系统研究了板翅片管式换热器的换热和摩擦特性;结果仅适用于翅板间较大的热量交换器。

Beecher and Fagan [4] 报告了20个波状翅片的传热数据。

Mirth andRamadhyani [5], Wang 等. [6]和 Youn 等. [7]研究类似的实验。

由于翅片管式换热器的性能取决于翅片格局的分布，百叶窗表面可以打破气流边界层，因此，与普通的翅片相比百叶窗比预期的传热性能更高。

Kays and London [8] 报告给出了百叶窗翅片的传热和压降数据。

Achaichia andCowell[10] 的实验研究给出了百叶窗翅片和扁管传热数据。

术语面积翅片厚度总表面积温度外部管表面积总传热系数定压比热容流速热容率翅片外径水力直径希腊符号管内直径壁厚外管直径压降范宁摩擦系数传热效果翅片间距翅片效率最小的空气流通质量表面效果传热系数空气密度科尔鹏因子截面收缩率导热系数突然收缩的压力损失系数突然膨胀的压力损失系数下标质量流量入口侧空气纵向排管数出口侧空气努塞尔数空气侧单位传输量平均值普朗特数翅片间距横向管间距管侧纵向管间距进口传热率最小值雷诺数最大值每单位温差核心的热传输功率总面积单位核心体积的摩擦功率的输出出口水侧管壁，Webb and Trauger [11]为了了解整个翅片管式换热器的详细情况，用扁管百叶窗翅片的几何形状进行了流体可视化研究。

铝制板翅式换热器设计研究

铝制板翅式换热器设计研究【摘要】铝制板翅式换热器是一种新颖换热器，具有传热高效、紧凑、轻巧等特点，已在工业领域得到广泛应用。

本文结合实践经验，就铝制板翅式换热器的设计进行了研究，具体包括了换热器设计参数、材料选用及结构设计方面的内容，给出了设计过程中的相关注意事项，可供设计人员参考交流。

【关键词】铝制板翅式换热器；设计参数；注意事项铝制板翅式换热器是用于固定螺杆压缩机的换热器，铝制板翅式换热器是一种以翅片为传热元件的新颖换热器具有传热效率高、体积小、结构紧凑、适应性大、重量轻等特点，并可设计成多达十多股流体同时换热的特殊用途的换热气，其单位体积传热面积可达1860m2/m3。

目前已在石油化工、航空航天、电子、原子能、武器工业、冶金、动力工程和机械等领域得到广泛应用，取得了显著的经济效益。

近年来，铝制板翅式换热器的设计理论、制造工艺、开拓应用的研究方兴未艾，特别是一些新技术的渗透，使其进入了一个新的发展时期。

下面，本文就铝制板翅式换热器的设计进行相关研究。

1.铝制板翅式换热器整体结构铝制板翅式换热器芯体由隔板、翅片和封条3部分组成。

在相邻两隔板之间放置翅片及封条，组成一夹层，称之为通道。

对于高压板翅式换热器，由于承受的压力较高，隔板与翅片、封条的钎焊要求也比较高，隔板的复合层要比低压换热器隔板的复合层厚，封条的宽度也需相应增加。

按ASME规范第八卷第一分册UG-101的规定，凡容器或容器部件的强度难以准确计算时，其最大许用工作压力可按试样爆破压力来确定。

板翅式换热器芯体由于结构复杂，钎焊缝的检查受到结构限制，不可能进行无损检测和其他检查，也无法做强度核算，所以只能通过试样的爆破试验来确定。

按ASME规范规定，试样的爆破试验压力应是最大许用工作应力的3～5倍，且以翅片母材拉伸断裂为合格标准。

对于铝制板翅式换热器，其翅片的最大许用工作压力相应提高。

为了达到这一要求，应选择性能较好的翅片材料，同时增加翅片的厚度。

铝合金板翅式换热器防腐工艺研究

铝合金板翅式换热器防腐工艺研究发布时间：2023-07-21T07:20:14.935Z 来源：《科技潮》2023年14期作者：吴海亮张鹏张斌斌胡康[导读] 板翅式换热器具有结构紧凑，换热效率高的特点，被广泛应用于各行业。

株洲时代金属制造有限公司湖南株洲 412200摘要：铝合金具有比重轻，热传导率高的特性，被广泛应用于板翅式换热器设计制造。

由于铝合金材料比较活泼，在自然条件下容易发生氧化腐蚀，从而造成换热器泄漏失效，解决腐蚀问题成为了提升换热器使用寿命和可靠性的重要手段。

通过盐雾试验验证以及换热器实际运行考核发现，电泳涂层和纳米涂层对于换热器防腐性能具有显著的改善。

关键词：板翅式换热器；防腐；纳米材料；电泳引言板翅式换热器具有结构紧凑，换热效率高的特点，被广泛应用于各行业。

板翅换热器的芯体由相互交错的独立通道叠加组成，每个通道由隔板、封条和翅片组成（如下图1所示）。

冷侧通道与热侧通道之间靠隔板隔开，隔板通常是一块铝合金材质的薄板。

铝合金材料比较活泼，自然环境下容易发生氧化腐蚀，造成换热器渗漏，冷侧与热侧通道之间渗漏是目前换热器运行过程中的主要失效模式。

1-冷侧封条；2-惹侧封条；3-隔板；4-冷侧翅片；5-热侧翅片图1板翅式换热器芯体结构1. 板翅式换热器腐蚀机理通过对渗漏换热器解刨分析，发现渗漏的主要形式为隔板穿孔（如下图2所示）。

通过对渗漏换热器外观检验，发现风道内残留有大量异物，对异物进行化学成分分析，发现其含有大量铁元素和少量铜元素，且漏点处有白色絮状产物（氧化铝，如下图3所示），呈不规则点状分布，说明漏点不是外力磨损或材料裂纹引起的。

经多方调研和验证分析，锁定穿孔原因为不同金属间的电位差，易对隔板造成电化学腐蚀，当腐蚀到一定程度后，隔板就会穿孔渗漏。

2常用防腐措施金属防腐中常用的方法有：覆盖层保护、电化学保护、缓蚀剂保护[2]。

作为专业的换热器生产厂家时代金属在这方面也做了大量的工作，由于冷侧通道间隙狭小常规的喷涂（如：喷漆、喷塑）工艺无法深入到换热器芯体内部，目前已通过验证并批量实施应用的防护工艺方法有：化学钝化、电泳涂装和纳米涂层。

板翅式散热器介绍