板翅式中冷器设计

3.3 板翅式中冷器设计计算

设计一台板翅式中冷器时，首先要根据已知条件决定热交换器的单元（即中冷器芯子）尺寸。这一决定主要取决于流体的允许的压力降和冷热流体的温差。选择一种合适的翅片形式与参数，确定通道摆列，用对数平均温度法最终确定所设计的板翅式换热器的传热系数和传热面积，并核算其压降应不超过容许压降。对与板翅式中冷气设计，我们需按照一下步骤进行设计。

（1）根据工作条件确定热交换器的流动形式，如逆流，错流，或混合流等。

（2）选定翅片形式及其几何参数。

（3）选定一个单元体翅片的有效宽度，计算一排通道的截面积，每排通道的换热面积等。

（4）根据定性温度，压力查取流体的物性参数。

（5）根据流体的热物性和流体阻力等选定流速，然后初步确定通道数。或者反过来也可初步确定通道数，在确定流速。

（6）根据流体热物性，流量比例及避免温度交叉和热量内耗等，确定通道的合理排列。

（7）计算Re,Pr，由图查的或者关联式求的传热因子j和摩擦因子f，在计算各换热流体换热系数α。

（8）计算翅片效率和翅片壁面总效率。

（9）计算传热系数。

（10）确定对数平均温差，活在比热变化很大时用积分平均温差。

（11）计算传热面积。

（12）确定中冷器芯子的理论长度。

（13）进行压力校核计算。如过查过容许值则重新假设，重复步骤5-13在计算,直到满足条件。

3.3.1 原始数据

中冷器增压空气及冷空的流量，进出口压力，中冷前后温度等参数的计算。

增压空气流量：

s kg q mb /2.0=

中冷器进口空气压力：

a b Mp p 204.0=

中冷器进口空气温度：

b a k k b a b T T T ηπ)1(1

-+=- （3-8）

b η为增压机效率 2≈=Pa

P b b π K T b 388=

由以上空气流量 增压比可选择潍坊富源增压器有限公司的SJ82GF 涡

轮增压器。

中冷器出口温度： K T s 320=

冷却介质流量 ： s kg q mw /3=

冷却介质进口温度： K T w 3001=

冷却介质出口温度：

s kJ T T c q Q s b pb mb /14)(≈-= （3-9） K q C Q T T mw

pw w w 30512=+= （3-10） 冷却介质的平均温度 ： K T T T w w wm 5.3022/)(21==+

3.3.2 平均温度下冷却介质的热物理性质

平均温度下冷空气的热物理性质可通过差工程热力学附表得到见表3-4 表3-4平均温度下冷却介质的热物理性质

热力学参数 数值

密度 3/180.1m kg w =ρ

热导率 k m w w ⋅⨯=-/1065.22λ

运动粘度 s m w /108.1526-⨯=ν

普朗特数 702.0=rw P

定压比热 1.0118kJ/kg.c

3.3.3 平均温度下增压空气的热物理性

增压空气平均温度下的热物理性质可通过一下经验公式求的，

增压空气平均温度

K T T T s b bm 3542/)(=+=

对数平均温度为

K T T T T T T T T T w s w b w s w b 44)]/()ln[()()(1212≈-----=∆ （3-11）

平均温度下增压空气热物理性质

密度

3/985.14.2872/m kg T P P bm

b b b =∆=

-ρ （3-12） 运动粘度为 s m T bm b b /10033.1)273

(10717.125683.05--⨯=⨯=

ρν （3-13） 热导率 k m w T bm b ./1002.3)273

(

1044.2282.02--⨯=⨯=λ （3-14） 普朗特数 685.0==b

b pb b rb

c P λρν 定压比热容 1.009kJ/kg.c

3.3.4 板翅式中冷器设计计算

根据工况选择布置流道为错流布置 ，查阅标准翅片选择冷空气侧65DK4263增

压空气侧32DK3503的翅片，打孔型翅片破坏热边界层。翅片具体几何参数详见

下表3-6

表3-6翅片的基本参数 mm 几何参数 冷空气侧 增压空气侧

H 6.5 3.2

δ 0.63 0.3

'δ 1 1

s 4.2 3.5

x 3.57 3.2

y 5.87 2.9

B 300 80

板翅式计算的其他几何参数

当量直径d e 单位 m

冷空气测翅片 31044.42-⨯=+=y

x xy d e 增压空气侧 31004.32-⨯=+=

y x xy d e

每层通道截面积f i 单位 m 2

冷空气测通道 310497.1-⨯=⨯=

xy s

B f i 增压空气通道 310212.0-⨯=⨯=xy s B f i 每层通道传热面积F i 单位m 2

冷空气通道的传热面积 097.09.0)(2=⨯+=

s

Bl y x F i 增压空气通道的传热面积 075.09.0)(2=⨯+=s Bl y x F i 二次传热面积对总传热面积之比

冷空气侧 622.0=+=y x y F F i

475.0=+=y

x y F F i 设通道数n

冷空气为的通道数 10

增压空气的通道数 9

空气质量流速G

冷空气流量 4.200==i

m nf q G m/s 增压空气流量 8.104==

i m nf q G m/s 计算换热系数α

翅片定型尺寸 b 6.5x10-3 3.2x10-3

雷诺数R e

冷空气的雷诺数 νρ

G

d R

e e ==5186.3 增压空气的雷诺数 νρG d R e e ==3119.0

J (由图查得) 0.0061 0.0078

f 0.015 0.016

Pr 0.702 0.685

S t 3/2-r jP 0.00772 0.00939

α G c S p t 1565.3 992.9

翅片效率和翅片壁面总效率