空水冷卻器設(shè)計(jì)4

1、2MW空水冷雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)的空水冷卻器設(shè)計(jì)說(shuō)明書 教育部鐵道車輛熱工重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（蘭州交通大學(xué)） 2014年2月7日一、設(shè)計(jì)要求本設(shè)計(jì)適于環(huán)境溫度40°C，海拔2200 m環(huán)境。換熱量為39kW，冷卻液為55%乙二醇與45%純水的混合溶液，流量為9m3/h，冷卻液進(jìn)水溫度48°C，出水溫度52.4°C，冷卻液壓降0.05MPa；空氣流量1.56m3/s，冷卻器進(jìn)風(fēng)溫度74.5°C，出風(fēng)溫度53°C，空氣允許壓降135Pa。設(shè)計(jì)選用的換熱管外徑8.8mm，內(nèi)徑7.5mm的冷卻器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。 主要部件材料為序號(hào)部件材料1冷卻水管BFe10-1-1（鎳白

2、銅）2散熱片T2（紫銅帶）3密封材料三元乙丙橡膠二、冷卻器主要結(jié)構(gòu)參數(shù)表1結(jié)構(gòu)參數(shù)表序號(hào)名稱符號(hào)單位公式數(shù)據(jù)1冷卻器長(zhǎng)度Lmm查圖14002冷卻器寬度Wmm查圖3753冷卻器高度Hmm查圖664.54冷卻器冷卻部分長(zhǎng)度Lmm查圖12305進(jìn)水水箱長(zhǎng)度L1mm查圖2686進(jìn)水水箱寬度W1mm查圖2637散熱片總長(zhǎng)度lmm查圖545.4 8散熱片總寬度wmm查圖2649散熱片厚度1mm查圖0.1510兩散熱片間距tpmm查圖2.1511散熱片總數(shù)N 已知55012冷卻管長(zhǎng)度lgmm查圖119413冷卻管外徑Doutmm查圖8.814冷卻管內(nèi)徑Dinmm查圖7.515冷卻管壁厚mm=(Dout-Di

3、n)/20.516冷卻管總數(shù)nz查圖19217每排冷卻管總數(shù)ng查圖1218垂直流向的管排中心距s1mm查圖2219迎流方向的管排中心距s2mm查圖30.320冷卻管進(jìn)水法蘭內(nèi)徑1mm查圖3821冷卻管出水彎管內(nèi)徑2mm查圖38三、滿足設(shè)計(jì)要求所需要的散熱器傳熱系數(shù)表2海拔2200 m環(huán)境所需要散熱器傳熱系數(shù)計(jì)算表序號(hào)名稱符號(hào)單位公式數(shù)據(jù)1換熱量QkW已知392空氣體積流量qvam3/s已知1.563進(jìn)風(fēng)溫度ta1°C已知74.54出風(fēng)溫度ta2°C已知535空氣溫差ta°C21.56空氣允許壓降paPa已知1352冷卻液體積流量qwm3/h已知93進(jìn)口冷卻液溫度

4、tw1°C已知484進(jìn)口冷卻液密度w1kg/m3查表1070.945冷卻液比熱cpwkJ/(kg·K)查表3.29736冷卻液溫差tw°C4.427出口冷卻液溫度tw2°C已知52.48冷卻液平均溫度twm°C50.29冷卻液密度wkg/m3查表1063.9510冷卻液的動(dòng)力粘度wkg/(m·s)查表1961.2×10-611冷卻液的普朗特?cái)?shù)Pr查表16.912冷卻液導(dǎo)熱系數(shù)wW/(m·K)查表0.382113冷卻液流速vwm/s1.1114管內(nèi)雷諾數(shù)Re4514.715管內(nèi)Darcy阻力系數(shù)f10.03816管內(nèi)

5、努塞爾數(shù)Nu50.9817管內(nèi)換熱系數(shù)hiW/(m2·K)2597.018冷卻液壓降pwMPa已知0.0519冷卻液密度w1kg/m3查表1063.95 20冷卻液比熱cpwkJ/(kg·K) 查表3.30621冷卻液溫差tw°C4.4422散熱面積Fm2 151.3723溫度參數(shù)1P0.81124溫度參數(shù)2R0.20525修正系數(shù) 查圖 0.84526對(duì)數(shù)平均溫差tm°C11.5127修正后的傳熱系數(shù)KW/(m2.K)26.5四、設(shè)計(jì)散熱器的傳熱系數(shù)表3 海拔2200 m環(huán)境所設(shè)計(jì)散熱器傳熱系數(shù)計(jì)算表序號(hào)名稱符號(hào)單位公式數(shù)據(jù)1換熱量QkW已知392空氣

6、體積流量qvam3/s已知1.563進(jìn)風(fēng)溫度ta1°C已知74.54出風(fēng)溫度ta2°C已知535空氣溫差ta°C21.56空氣允許壓降paPa已知1357進(jìn)口空氣密度a1kg/m3計(jì)算0.77768空氣質(zhì)量流量qmakg/s已知1.589空氣比熱cpakJ/(kg·K)查表1.0006510空氣溫差ta°C24.4411空氣平均溫度tam°C63.7512空氣密度akg/m3查表0.802413空氣的動(dòng)力粘度akg/(m·s)查表19.9×10-614空氣導(dǎo)熱系數(shù)aW/(m·K)查表2.9×10

7、-215散熱面積Fm2151.3716管子面積Fgm25.417冷卻液流道面積Fwm20.00423918空氣最小流通面積Faminm20.1742419空氣最大流速vamaxm/s8.9520空氣入口面積Fa1m20.65121空氣入口速度va1m/s2.39622當(dāng)量直徑Demm3.4723管外雷諾數(shù)Reo1585.124管外換熱系數(shù)hoW/(m2·K)實(shí)驗(yàn)值4425管內(nèi)換熱系數(shù)hiW/(m2·K)2597.026鎳白銅的導(dǎo)熱系數(shù)1W/(m·K)查表2227紫銅的導(dǎo)熱系數(shù)W/(m·K)查表39828幾何尺寸1（圖1）amm1129幾何尺寸2（圖1）b

8、mm9.3630肋根面積A1m26.1931肋片突出面積A2m2148.2332肋效率組合參數(shù)m39.033無(wú)量綱肋高度h0.009634肋效率f0.9636肋面總效率o 0.9637傳熱系數(shù)KW/(m2.K)29.038空氣阻力DpaPa實(shí)驗(yàn)值106五、冷卻器的冷卻液壓降計(jì)算經(jīng)計(jì)算得冷卻水管進(jìn)口局部損失系數(shù)為0.9681，出口局部損失系數(shù)為0.492,進(jìn)出銅管總局部損失系數(shù)=1.4601。 表4 散熱器冷卻液壓降計(jì)算表序號(hào)名稱符號(hào)單位公式數(shù)據(jù)1管內(nèi)冷卻液流動(dòng)速度vwm/s1.112冷卻液密度wkg/m3查表1063.953管內(nèi)雷諾數(shù)Re4514.74管內(nèi)阻力系數(shù)f0.0385沿程損失p1Pa15849.46進(jìn)出銅管損失p2Pa861.877進(jìn)冷卻液法蘭進(jìn)口面積s1m20.0011348進(jìn)冷卻液法蘭出口面積s2m20.0706169進(jìn)冷卻液法蘭入口速