柴油機空冷器的

1、柴油機空冷器的摘要柴油機氣缸中的空氣密度不僅決定于增壓空氣壓力，而且還與進入氣缸的氣溫有關。新鮮空氣在渦輪增壓器中雖提高了壓力，但氣溫也伴隨著空氣壓縮而上升，氣體熱脹的結果抵銷了氣壓升高的一部分效果。實踐表明：如使進入氣缸前的增壓空氣冷卻，則柴油機增壓的效果會更好。例如，進入氣缸的增壓空氣每降溫10C,約可使柴油機功率提高2.53%,油耗降低23克/馬力小時，排氣溫度降低，柴油機受熱機件酌熱狀態(tài)得到改善渦輪葉片也可在接受的排氣溫度下工作，這使得柴油機的工作可靠性和經濟性有所提高。因此，在增壓器壓氣機蝸殼出口到進入柴油機氣缸之間的空氣通道上有必要設置增壓空氣中間冷卻器（簡稱中冷器）。課題主要任務

2、就是在6135柴油機的廢氣渦輪增壓系統(tǒng)中如何設計配置中間空氣冷卻器，從而使其在任何工況下都能獲得比較理想的工作狀態(tài)，并尋求在拖拉機上配用廢氣渦輪增壓柴油機的增壓中冷器設計成果。關鍵詞：柴油機；空冷器；渦輪增加AbstractCylinderdieselengineintheairdensityisdeterminednotonlyboostairpressure,butalsowiththetemperatureintothecylinder.Freshairinwhileintheturbochargerincreasespressure,compressedairisaccompanied

3、bytemperaturerise,theresultofthermalexpansionofgasmorethanoffsetthehigherpartofthepressureeffect.Practiceshowsthat:ifsopressurizedairintothecylinderbeforethecooling,thesuperchargeddieselenginewithbetterresults.Forexample,pressurizedairintothecylindereverycool10C,aboutdieselpowercouldincrease2.5to3%,

4、fuelconsumptiondecreased2to3g/hp-hr,lowerexhausttemperature,engineheattoheatthediscretionofthestatetoimproveparts.Turbinebladescanalsobeacceptedtoworkundertheexhausttemperature,whichmakestheengineworkhasincreasedthereliabilityandeconomy.Therefore,scrollturbochargercompressorcylinderdieselexportstoen

5、tertheairchannelbetweentheneedtosetthepressurizedairintercooler(theintercooler).Themaintaskistoissueemission6135dieselturbosystem,howtodesignconfigurethemiddleoftheaircooler,sothatitcanbeinanyconditionmoresatisfactoryworkingconditions,andseekthetractorisequippedwithexhaustgasturbochargerTurbocharged

6、dieselenginedesignresults.Keywords:dieselengine;aircooler;turbinetoincrease合肥工業(yè)大學本科畢業(yè)論文致謝23目錄TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark4 第一章引言1 HYPERLINK l bookmark6 11本課題的意義及現(xiàn)階段發(fā)展的趨勢1 HYPERLINK l bookmark8 12課題的提出和主要任務3 HYPERLINK l bookmark10 13增壓中冷器的主要性能參數(shù)4 HYPERLINK l bookmark12 第二章增壓中冷器的概述5 HYPERLINK l

7、bookmark14 21中冷器的冷卻方式及結構5212中冷器的冷卻方式5 HYPERLINK l bookmark16 212中冷器的結構6 HYPERLINK l bookmark18 22板翅式熱交換器的構造和工作原理7 HYPERLINK l bookmark30 23增壓中冷器采用板翅式結構的優(yōu)缺點14 HYPERLINK l bookmark32 第三章中冷器的設計計算15 HYPERLINK l bookmark34 31原始參數(shù)15 HYPERLINK l bookmark46 32幾何結構尺寸確定和計算：16 HYPERLINK l bookmark24 33傳熱系數(shù)計算17

8、 HYPERLINK l bookmark56 34用對數(shù)平均溫差法校核散熱面積19 HYPERLINK l bookmark58 3.5用效率()傳熱單元數(shù)(NTU)法校核增壓19 HYPERLINK l bookmark60 3.7壓力校核20第四章結論21 HYPERLINK l bookmark70 參考文獻22合肥工業(yè)大學本科畢業(yè)論文20第一章引言本課題的意義及現(xiàn)階段發(fā)展的趨勢能源是我國國民經濟的基礎,“九五”期間我國大力推進節(jié)能技術進步,加強節(jié)能管理取得了顯著的成績,但與世界先進水平相比仍有相當大的差距。缺電、缺水、缺油嚴重。節(jié)約能源成為各國的當務之急，當然實現(xiàn)節(jié)能的手段是多種多樣

9、,由于世界上燃煤、石油、天然氣資源儲量有限而面臨著能源短缺的局面，各國都在致力于新能源開發(fā)，因而熱交換器的應用又與能源的開發(fā)（如太陽能、地熱能、海洋熱能）與節(jié)約緊密相聯(lián)系。所以，熱交換器的應用遍及動力、冶金、化工、煉油、建筑、機械制造、食品、醫(yī)藥及航空航天等各工業(yè)部門有它不但是一種廣泛應用的通用設備并且在某些工業(yè)企業(yè)中占有很重要的地位。中冷器在工業(yè)生產中的應用極為普通，例如渦輪增壓的發(fā)動機為何會比普通發(fā)動機擁有更大的動力，其中原因之一就是其換氣的效率比一般發(fā)動機的自然進氣更高。當空氣進入渦輪增壓后其溫度會大副升高，密度也相應變小，而中冷器正是起到冷卻空氣的作用，高溫空氣經過中冷器的冷卻，再進入

10、發(fā)動機中。如果缺少中冷器而讓增壓后的高溫空氣直接進入發(fā)動機，則會因空氣溫度過高導致發(fā)動機損壞甚至死火的現(xiàn)象。所以現(xiàn)在增壓中冷器的發(fā)展已經越來越顯著的影響到柴油機的工作效率熱交換器的應用方面還有動力工業(yè)中鍋爐設備的過熱器、省煤器、空氣預熱器電廠熱力系統(tǒng)中的凝汽器、除氧器、結水加熱器、冷水塔；冶金工業(yè)中高爐的熱風爐，煉鋼和軋鋼生產工藝中的空氣或煤氣預熱；制冷工業(yè)中蒸汽壓縮式制冷機或吸收式制冷機中的蒸發(fā)器、冷凝器；制糖工業(yè)和造紙工業(yè)的糖液蒸發(fā)器和紙漿蒸發(fā)器，都是熱交換器的應用實例。在化學工業(yè)和石油化學工業(yè)的生產過程中，應用熱交換器的場合更是不勝枚舉。在航空航天工業(yè)中，為了及時取發(fā)動機及輔助動力裝置在

11、運行時所產生的大量熱量，熱交換器也是不可缺少的重要部件。在各個生產領域中，要挖掘能源利用的潛力，必須合理組織熱交換過程并利用和回收余熱，這往往和正確地設計與使用熱交換器密不可分。根據(jù)熱交換器在生產中的地位和作用，它應滿足多種多樣的要求。一般來說，對其基本要求有：滿足工藝過程所提出的要求，熱交換強度高，熱損失少。在有利的平均溫差下工作。要有與溫度和受力條件相適應的不易遭到破壞的工藝結構制造簡單，裝修方便經濟合理，運行可靠。設備緊湊。這對大型企業(yè)、航空航天、新能源升發(fā)和余熱回收裝置更有重要意義保證較低的流動阻力，以減少熱交換器的動力消耗。隨著生產規(guī)模的擴大和生產技術的現(xiàn)代化，熱交換器技術的研究必須

12、滿足各種情況特殊而又條件苛刻的要求。因而各國在組織大規(guī)模工業(yè)生產的同時,都很重視熱交換器的研究。并組織了較強的專業(yè)研究中心。例如早在20世紀60年代就在傳熱工程領域內出現(xiàn)了有影響的兩大國際性研究集團，即1962年成立的美國傳熱研究公司(HeatTransferResearchInc,簡稱HTRl)和1968年成立的英國傳熱及流體流動服務公司(HeaITransfer&FluidFlowService,簡稱HTPS。)在我國也有蘭州石油機械研究所、通用機械研究所等一些單位。在熱交換器的研究和設計方面進行了多年的工作,推動了我國熱交換器的設計和改進、技術標淮的制訂和推廣。熱交換器的發(fā)展為傳熱學研究

13、提供了日漸廣泛而深刻的課題而傳熱學的研究又為熱交換器在傳熱性能和設計方面提供切實有效的數(shù)據(jù)和計算方法。因此熱交換器相傳熱機理之間的關系是互相促進、不可分割的。當前世界上每年發(fā)表有關傳熱及傳熱設備的文章約在六、七千篇以上,一些國際性傳熱會議、國內學術討論會(例如中國工程熱物理學會及各有關分會的學術討論會、有關行業(yè)的學術討論會上都有一定數(shù)量的熱交換器討論專題)國內還曾多次舉行熱交換器研究的學術會議,均反映了傳熱學及傳熱設備的研究一直受到學術界和工程界的普遍重視。20年代末期，荷蘭WerksFoor(韋克斯浦爾)公司成功地制造了一臺四沖程、十字頭式、用活塞下部作增壓泵的機械增壓柴油機，并將其安裝在安

14、格洛薩克桑石油公司的“梅加拉號”油輪上,取得預期效果。與此同時,人們用外部傳動的羅茨鼓風機或離心式壓氣機等來提高進入氣缸的空氣壓力。1927年,在智利海拔1200m的一個電站，有七臺MAN公司的B6V90型柴油機采用了電力傳動羅獲鼓風機增壓，每臺柴油機功率為1100kw。近10多年來，隨著直噴和電控技術的出現(xiàn)，車用汽油機性能有了很大提高，歐、美、日的發(fā)展趨勢相同。以日本為例，增壓車用汽油機，最大平均有效壓力由1986年的1.76MPa變?yōu)?995年的200MPa,提高382%；最大升功率由1986年的772kw/L變?yōu)?995年99.4kw/L,提高286%。與此同時，貨車汽油機的渦輪增壓器壽

15、命已達100萬km。歐、美、日的汽車排放法規(guī)越來越嚴。C0,HC,N0 x的排放值與未控制前比較：美國下降95%、96%和90%；日本下降95%、96%和92%；歐洲下降85%和78%（HC十NOx）。目前,我國增壓技術已步人一個新的階段,生產規(guī)模、工藝水平、匹配技術等方向都有所進步,主要表現(xiàn)在：1）生產能力有較大幅度增長。2）渦輪增壓器性能有較大幅度改善。3）匹配技術有較大幅度提高4）增壓模擬計算技術進入新的水平。5）增壓中冷技術正在深入研究。6）新型增壓系統(tǒng)正在積極開發(fā)。內燃機為人類做出了巨大的貢獻,但排放也污染了大氣。增壓是內燃機解決排放的根本技術措施之一,大力推廣增壓技術將成為我國步人

16、工業(yè)先進國家行列的重要標志,其中中冷器的作用很關鍵。課題的提出和主要任務柴油機氣缸中的空氣密度不僅決定于增壓空氣壓力,而且還與進入氣缸的氣溫有關。新鮮空氣在渦輪增壓器中雖提高了壓力,但氣溫也伴隨著空氣壓縮而上升,氣體熱脹的結果抵銷了氣壓升高的一部分效果。實踐表明：如使進入氣缸前的增壓空氣冷卻,則柴油機增壓的效果會更好。例如，進入氣缸的增壓空氣每降溫10C,約可使柴油機功率提高2.53%,油耗降低23克/馬力小時,排氣溫度降低，柴油機受熱機件酌熱狀態(tài)得到改善渦輪葉片也可在接受的排氣溫度下工作,這使得柴油機的工作可靠性和經濟性有所提高。因此，在增壓器壓氣機蝸殼出口到進入柴油機氣缸之間的空氣通道上有

17、必要設置增壓空氣中間冷卻器（簡稱中冷器）。課題主要任務就是在6135柴油機的廢氣渦輪增壓系統(tǒng)中如何設計配置中間空氣冷卻器，從而使其在任何工況下都能獲得比較理想的工作狀態(tài)，并尋求在拖拉機上配用廢氣渦輪增壓柴油機的增壓中冷器設計成果。增壓中冷器的主要性能參數(shù)增壓空氣流量q=0.57(kg/s)mb中冷器進口空氣溫度T=160Cb中冷器出口空氣溫度T=60Cs冷卻介質流量q=1.14(kg/s)ma冷卻介質進口溫度T=40Ca1增壓空氣壓力損失容許值Ap=3000(Pa)b增壓空氣壓力損失容許值Ap=3000(Pa)w增壓空氣比熱容C=1009(J/kgK)pb冷卻介質比熱容C=1002(J/kgK

18、)pa幾何結構尺寸:翅片高H9.5皿翅片厚度0.2皿翅片間距S1.4皿當量直徑p2.12rne內距X14一02=12m單元有效長度L300皿內高y9.5-0.2=9.3m(1)當量直徑2.1加(2)通道的自由流通面積A0.512m2(3)n層通道的總傳熱面積F326m2n層通道的一次傳熱面積F38m21n層通道的二次傳熱面積F2887m22第二章增壓中冷器的概述2.1中冷器的冷卻方式及結構2.1.2中冷器的冷卻方式目前應用的中冷器都采用錯流外冷間壁式冷卻方法，根據(jù)冷卻介質的不同，有水冷式和風冷式兩大類。水冷式冷卻根據(jù)冷卻水系的不同又分以下兩種方式。用柴油機冷卻系的冷卻水冷卻這種冷卻方式不需另設

19、水路，結構簡單。柴油機冷卻水的溫度較高，在低負荷時可對增壓空氣進行加熱，有利于提高低負荷時的燃燒性能;但在高負荷時對增壓空氣的冷卻效果較差。因此，這種方式只能用于增壓度不大的增壓中冷柴油機中。用獨立的冷卻水系冷卻柴油機有兩套獨立的冷卻水系，高溫冷卻水系用來冷卻發(fā)動機，低溫冷卻水系主要用于機油冷卻器和中冷器。這種冷卻方式冷卻效果最好，在內燃機車用、船用和固定用途柴油機中普遍應用。風冷式冷卻根據(jù)驅動冷卻風扇的動力不同分為以上兩種方式。用柴油機曲軸驅動風扇這種方式適用于汽車用柴油機，把中冷器設置在冷卻水箱前而，用柴油機曲軸驅動冷卻風扇和汽車行駛時的迎風同時冷卻中冷器和水箱。車用柴油機普遍采用這種冷卻

20、方式，但在低負荷時易出現(xiàn)充氣過冷現(xiàn)象。用壓縮空氣渦輪驅動風扇由壓氣機分出一小股氣流驅動一個渦輪，用渦輪帶動風扇冷卻中冷器，由于驅動渦輪的氣流流量有限，渦輪做功較少，風扇提供的冷卻風量較少，顯然其冷卻效果較差。由于增壓壓力隨負荷變化，因此這種冷卻方式的冷卻風量也隨負荷變化，低負荷時風量小，高負荷時風量大，有利于兼顧不同負荷時的燃燒性能。且其尺寸小，在車上安裝方便，在軍用車輛上也有應用。212中冷器的結構風冷式中冷器結構風冷式中冷器是用環(huán)境空氣來冷卻增壓后的高溫空氣，由于熱側和冷側換熱介質均為空氣，兩側的對流換熱系數(shù)在同一數(shù)量級，因此兩側的換熱面積應大致相同，風冷式中冷器的結構有扁管式板翅式和管翅

21、式幾種。扁管式中冷器在扁管外圍設有散熱片，增壓空氣在管內流動，冷卻空氣在管外流動，山于熱氣側換熱而積太小，使中冷器傳熱效率低，應用很少。應用較多的是板翅式和管翅式中冷器。板翅式中冷器板翅式中冷器的結構是在厚050.8mm的薄金屬板之間，釬焊由厚010.3mm的薄金屬板制成的翅片，兩端以側限制板封焊。因各層翅片方向互錯90,兩個不同方向的翅片分別形成了兩種錯流換熱介質的通道。板翅式中冷器大多用銅和鋁合金制造，它結構緊湊，傳熱而積大，效率高。光直翅片換熱系數(shù)和阻力損失都比較小，只用在對阻力要求特別嚴格的場合。為了增強氣流的擾動，破壞邊界層以強化傳熱，可以采用鋸齒翅片或多孔翅片等翅片型式。其中鋸齒翅

22、片對促進流體的湍動，破壞熱阻邊界十分有效，傳熱系數(shù)比光直翅片高30以上。大多數(shù)中冷器都采用鋸齒形翅片。管翅式中冷器管翅式的結構是在板翅式結構的基礎上發(fā)展而來，其熱氣側通道是多孔的成型管材。與板翅式相比，它的主要優(yōu)勢在熱氣側。由于采用成型管材，簡化了工藝，避免了翅片和隔板之間的虛焊及工作振動中的脫焊所造成的接觸熱阻，提高了傳熱效率和工作可靠性。其缺點是熱氣側只能是光直的通道，難以采用擾流措施。目前管翅式中冷器己得到越來越多地應用。水冷式中冷器結構目前普遍使用的水冷式中冷器是采用管片式結構。近幾年來俄羅斯引進技術的冷軋翅片管式中冷器由于具有使用可靠性好、傳熱系數(shù)大等優(yōu)點，也開始受到重視與應用。管片

23、式中冷器管片式中冷器是在許多水管上套上一層層的散熱片，經錫釬焊或堆錫焊焊接在一起。冷卻水管和散熱片采用紫銅或黃銅制造。水管的排列有叉排和順排兩種，水管截而的形狀有圓形、橢圓形、扁管形、滴形和流線形等。其中圓管工藝性和可靠性較好，但空氣的流通阻力較大，使空氣壓力損失較大。滴形和流線形管雖然空氣阻力較小，但由于工藝性和可靠性較差，目前很少應用。橢圓管與圓管和扁管相比，具有較高的傳熱系數(shù)和較小的空氣阻力，其工藝性和可靠性不及圓管但優(yōu)于扁管。試驗表明，橢圓管較圓管傳熱系數(shù)約高10%，空氣阻力損失約小18%,所以在柴油機上多采用橢圓管作中冷器的水管。中冷器冷卻元件的結構參數(shù)對中冷器性能影響很大。由于水側

24、的對流換熱系數(shù)通常是氣側的對流換熱系數(shù)的10倍以上，因此氣側的散熱面積應為水側的散熱而積的10倍以上。無論水側還是氣側，流通而積越小，則流速越大，對流換熱系數(shù)越大，但流動阻力損失也越大。冷軋翅片管式中冷器冷軋翅片管是由單金屬管或內硬外軟的雙金屬管在專用軋機上軋制而成。通常，單金屬管用紫銅或鋁;雙金屬管的內管用黃銅，外管用鋁。雙金屬管在軋制過程中使兩種金屬牢固地貼合在一起，幾乎沒有間隙，即使在長期振動工作條件下也不會脫開。將翅片管用漲管法固定在端板上，整個加工過程不用焊接，不存在虛焊和長期振動工作后的脫焊現(xiàn)象。因此，冷軋翅片管中冷器的主要優(yōu)點就是接觸熱阻小，傳熱系數(shù)高，工作可靠性好。其缺點是在同

25、樣體積下冷卻表面積較小，空氣阻力損失較大。同樣是設計合理的中冷器，與水管為橢圓管的管片式相比，傳熱系數(shù)提高約30%，冷卻表而積減少約30%，從而保持相同的散熱能力;其空氣阻力損失與水管為圓管的管片式大致相同。22板翅式熱交換器的構造和工作原理1）基本單元圖2.1板翅單元1隔板；2翅片；3封條如圖2.1所示，隔板、翅片及封條三部分構成了板翅式熱交換器的結構基本單元。冷、熱流體在相鄰的基本單元體的流道中流動，通過翅片及與翅片連成一體的隔板進行熱交換。因而，這樣的結構基本單元體也就是進行熱交換的基本單元。將許多個這樣的單元體根據(jù)流體流動方式的布置疊置起來，釬焊成一體組成板翅式熱交換器的板束或芯體。圖

26、2.2所示為常用的逆流、錯逆、錯逆流板束。一般情況下，從強度、熱絕緣和制造工藝等要求出發(fā)，板束頂部和底部還各留有若干層假翅片層（又稱強度層或工藝層）。在板束兩端配置適當?shù)牧黧w出入口封頭，即可組成一臺板翅式熱交換器，如圖2.3。圖2.2不同流型的板束通道.A流體1平板；2翅片；3封條；4分配段；5導流片；6封頭；7板束；8封頭；9封頭圖2.3板翅式熱交換器2）翅片作用和形式翅片是板翅式熱交換器的最基本元件。冷熱流體之間的熱交換大部分通過翅片，小部分直接通過隔板來進行。正常設計中，翅片傳熱面積大約為熱交換器總傳熱面積的67%88%。翅片與隔板之間的連接均為完善的釬焊，因此大部分熱量傳給翅片，通過隔

27、板并由翅片傳給冷流體。由于翅片傳熱不像隔板那樣直接傳熱，故翅片又有“二次表面”之稱。二次傳熱面一般比一次傳熱面的傳熱效率低。但是如果沒有這些基本的翅片就成了無波紋的最簡易的平板式熱交換器了。美國加利福尼亞大學和埃姆茲航空實驗室分別對沒有翅片和有翅片的熱交換器進行試驗證明，有翅片比沒有翅片的熱交換器體積減少了18%以上。假如設計的翅片效率最低為70%時，其重量可減少10%。翅片除承擔主要的傳熱任務外，還起著兩隔板之間的加強作用。盡管翅片和隔板材料都很薄，但由此構成的單元體的強度很高，能承受較高的壓力。翅片的型式很多，如：平直翅片、鋸齒翅片、多孔翅片、波紋翅片、釘狀翅片、百葉窗式翅片、片條翅片等。

28、以下介紹其中的幾種常用型式：山）鋸齒形禮片（d）波紋翅片圖2.4常用翅片類型（a）平直翅片（b）鋸齒式翅片（c）多孔翅片（d）波紋翅片平直翅片又稱光滑翅片，是最基本的一種翅片。圖2.4（a）所示為其中的一種。它可由薄金屬片滾軋（或沖壓）而成。平直翅片的特點是有很長的帶光滑壁的長方形翅片，當流體在由此形成的流道中流動時、其傳熱特性和流動特性與流體在長的圓管中的傳熱和流動特性相似。這種翅片的主要作用是擴大傳熱面，但對于促進流體湍動的作用很少。相對于其他翅片，它的特點是換熱系數(shù)和阻力系數(shù)都比較小，所以宜用于要求較小的流體阻力而其自身傳熱性能又較好（如液側或發(fā)生相變）的場合。此外，翅片的強度要高于其他

29、類型的翅片。故在高原板翅式換熱器中用得較多。鋸齒翅片它可以看作平直翅片被切成許多短小的片段，相互錯開一定的間隔而形成的間斷式翅片（圖2.4（b）。這種翅片對促進流體的湍動，破壞熱邊界層十分有效。在壓力損失相同的條件下，它的傳熱系數(shù)要比平直翅片高30以上，故有“高效能翅片”之稱。鋸齒形翅片傳熱性能隨翅片切開長度而變化，切開長度越短，其傳熱性能越好，但壓力降增加。在傳熱量相同的條件下，其壓力損失比相應的平直翅片小。該種翅片普遍用于需要強化傳熱（尤其是氣側）的場合。多孔翅片它是在平直翅片上沖出許多圓孔或方孔而成的（圖2.4（c）。多孔翅片開孔率一段在5%10%之間，孔徑與孔距無一定關系。孔的排列有長

30、方形、平行四邊形和正三角形二種，我國目前采用的多孔翅片，孔徑為215、917,孔距為65mm、325mm正三角形排列。翅片上的孔使傳熱邊界層不斷破裂、更新，提高了傳熱效果。它在雷諾數(shù)比較大的范圍內（10一10）具有比平直翅片高的換熱泵效，但在高雷諾效范圍會出現(xiàn)吸音和振動。翅片上開孔能使流體在翅片中分布更加均勻，這對于流體中雜質顆粒的沖刷排除是有利的。多孔翅片主要用于導流片及流體中夾雜顆?；蛳嘧儞Q熱的場合。波紋翅片它的結構示于團2.4（d）上。它是在平直翅片上壓成一定的波形（如人字形，所以又稱人字形翅片），使得流體在彎曲流道中不斷改變流動方向，以促進流體的湍動，分離或破壞熱邊界層。其效果相當于翅

31、片的折斷，波紋愈密，波幅愈大，其傳熱性能就愈好。我國常用的組片有平直、多孔和鋸齒形翅片三種，并用漢語拼音符號和數(shù)字統(tǒng)一表示翅片的型式與幾何參數(shù)。如65PZ2103，則表示PZ直翅片，6565mm翅高，2121mm節(jié)距，030.3mm翅厚。如是多孔形，則為DK,鋸齒形則為JC,幾何參數(shù)表示法相同。（1）封條封條作用是使流體在單元體的流適中流動而不向兩側外流。它的上下面均具有015mm的斜度，以便在組成板束時形成縫隙，利于釬劑滲透。它的結構形式很多最常用的為如圖326所示的燕尾形、燕尾槽形、矩形三種.燕尾形慕甬槽形矩形圖2.5封條形式2W圖2.6導流片與封頭g11圖2.7導流片布置的幾種形式導流片

32、和封頭為了便于把流體均勻地引導到翅片的各流道中或匯集到封頭中，一般在翅片的兩端均設有導流片。導流片也起保護較薄的翅片在制造時不受損壞和避免通道被釬劑堵塞的作用。它的結構與多孔翅片相同，但其翅距、翅厚和小孔直徑比多孔翅片大。封頭的作用就是集聚流體，使板束與工藝管道連接起來。導流片與封頭的示意圖如圖2.6。根據(jù)各種結構型式的板翅式熱交換器，導流片可布置成如圖2.7所示的幾種型式。圖中I型主要是由于在熱交換器的端部有兩個以上的封頭，因此要用導流片把流體引導到端部一側的封頭內。II型布置是由于在熱交換器端部有三個以上的封頭，需要把一股流體引導到中間封頭內。皿型布置主要是用于熱交換器端部敞開或僅有一個封

33、頭情況下。W型是為了滿足把封頭布置于兩側而設計的。V型布置是為滿足管路布置需要而采用的。應注意到設置導流片并不一定能完全克服流體在流道內分配不均勻的問題，因為分配是否均勻還與流體的狀態(tài)有關。（3）隔板與蓋板隔板材料是在母體金屬（鋁錳金屬）表面覆蓋一層厚約0.104mm,含硅5%12%的釬料合金。所以又稱金屬復合板，在釬焊時合金熔化而使翅片與金屬平板焊接成整體。為了釬焊方便,可將釬料軋制成薄片再用機械方法布覆于鋁材表面，成為一種釬焊用復合板即雙金屬復合板。隔板厚度一般為l2mm，最簿為036mm。板翅式熱交換器板束最外側的板稱為蓋板，它除承受壓力外還起保護作用，所以它的厚度一般為56mm。它與翅

34、片的焊接多數(shù)采用板下加焊片的方法，焊片厚度與隔板復合層相同。（4）流道的布置形式按運行工況要求可將流體布置成逆流、順流、錯流、錯逆流（或稱多程流）等多種形式。逆流在板翅式熱交換器中實現(xiàn)逆流有三種型式（圖2.8）。其中，逆流1、2型（圖2.8的上、中兩圖）為兩種流體的逆流布置，而3型（下圖）為多達五種流體的逆流布置。逆流形式用得最普遍。8BCD順流如圖2.9所示，這種流動形式應用較少，主要用在加熱時需要避免流體被加熱（或冷卻）到高（或低）于某一規(guī)定溫度的場合。錯流如圖2.10所示，也是最基本的一種布置方式。從傳熱上考慮這種布置并無突出優(yōu)點，但它常能使熱交換器布置合理而被采用?？辗盅b置中將它用于一

35、側相變或溫度變化很小的場合。圖2.8逆流布置示意圖混流在一個熱交換器中，某些流體間是錯流，而另外一些流體間是逆流它的最大優(yōu)點是能同時處理幾種流體的熱交換并合理分配各種流體的傳熱面積。采用這種形式可以將幾個熱交換器并成一個，使設備的布置更加緊湊，生產操作更方便，使熱(冷)量損失減少到最小程度但它制造比較困難。在石化、氣體分離設備中被大量地采用。B圖2.9順流布置示意圖圖2.10錯流布置示意圖圖2.11錯逆流布置示意圖(5)組裝結構由于板翅式熱交換器在制造時截面積和長度都受到釬焊工藝的限制，因此在使用中，單個板束的熱交換器往往不能滿足需要（目前最大的板束單元尺寸約為1200mmX1200mmX70

36、00mm），則經常采用將多個相同的板束串聯(lián)或并聯(lián)，組成一個大型的板翅式熱交換器的組裝體。在組裝體中，可采用并聯(lián)組裝、串聯(lián)組裝和串并聯(lián)混合組裝。并聯(lián)組裝（圖2.12）用集流管及分配管將其連成一個整體。23增壓中冷器采用板翅式結構的優(yōu)缺點板翅式增壓中冷器主要有以下五大特點:一,傳熱效率高。二,結構緊湊.三,輕巧而牢固.四,適應性大.五,經濟性好板翅式熱交換器的傳熱強度高，主要是由于翅片表面的孔洞、縫隙、彎折等促使湍動，破壞熱阻大的層流底層，所以特別適合于氣體等傳熱性能差的流體間傳熱。據(jù)資料介紹，空氣強迫對流換熱時換熱系數(shù)可達35350W/（m2C）,油強迫對疏時可達1151745W/（m2C）,水

37、沸騰時可達174535000W/（m八C）。翅片為0203mm厚的鋁合金材料，布置得很密，所以使得板翅式熱交換器不僅結構很緊湊，而且輕巧牢固。單位體積的傳熱面積通常比管殼式熱交換器大5倍以上，最大可達幾十倍。其緊湊度一般為15002500m2/m3，最高可達4370m2/m3。在耐壓方面，國外的產品已可承受10MPa以上的操作壓力。板式熱交換器還有一個突出優(yōu)點是可允許有29種流體同時換熱。這種熱交換器可在逆流、順流、錯流和錯逆流等情況下，以及在一273C+500C的溫度范圍內使用，還可以通過單元之間串聯(lián)、并聯(lián)、串并聯(lián)的組合來滿足大型設備的換熱需要。由于大多數(shù)選用在低溫下具有良好機械性能的鋁合金

38、制造，故特別適用于空氣分離和天然氣分離，其使用壓力范圍也很大，而在重量上要比管殼式輕得多，約為1550由于結構緊湊、體積小、又因采用全鋁結構，所以重量輕，故成本大為降低。據(jù)報導板翅式換熱器成本不超過17500美元/米3。在深度冷凍技術中用板翅式換熱器分離純產品，不僅可以節(jié)約大量貴重的鋼材，而且比用其它型式換熱器都經濟。板翅式熱交換器的主要不足之處是流道狹小，容易引起堵塞而增大壓力降。由于不能拆卸，一但結垢，清洗就很困難。由于熱交換器的隔板和翅片都由很薄的鋁板制成，若腐蝕而造成內部串漏，則很難準確找到漏的地方，即使找到內漏位置也很難修補。所以，它適用于換熱介質干凈、對鋁不腐蝕、不易結垢、不易沉積

39、、不易堵塞的場合。目前，以改性增強的聚四氟乙烯為材料的非金屬板翅式換熱器已研制成功，能解決耐蝕問題，此外，不銹鋼板翅式換熱器也已得到應用，使工作壓力、工作溫度提高，并能改善抗蝕性能。第三章中冷器的設計計算中冷器的設計計算一般是根據(jù)使用要求,對于已設計好的中冷器進行校核計算，如不能滿足要求,則重新進行設計。計算時根據(jù)所校核的參數(shù)不同分為兩種情況：其一,主要校核散熱面積能否滿足設計要求,這種情況下具體計算時通常采用對數(shù)平均溫差法；其二,主要校核增壓空氣和冷卻介質在中冷器出口的溫度是否在使用要求的范圍內，此時通常釆用效率(E)傳熱單元數(shù)(NTU)法以上兩種情況還均需校核增壓空氣和冷卻介質的流動損失等

40、參數(shù)。3.1原始參數(shù)增壓空氣流量q=0.57(kg/s)mbq=q(空氣流量)+q(燃氣流量)mbqbt根據(jù)任務書中的參數(shù)(即6135柴油機)對于增壓柴油機,一般取甲耳=1.0,P=0.9(kg/m3)kvkTOC o 1-5 h z兀314v=d2xS=x1352x148x10-9=0.002117m3h44zinpnv6x3000 x0.5x0.9x1x0.002117-_q=k-kvh=0.285b6060一般取q二(1-1.3)q現(xiàn)取q二qtbtbq=0.285x2=0.57mb中冷器進口空氣溫度T=160Cb中冷器出口空氣溫度T=60Cs冷卻介質流量q=1.14(kg/s)ma冷卻介

41、質進口溫度T=48.5Ca1增壓空氣壓力損失容許值p=3000(Pa)(根據(jù)柴油機性能參數(shù))b冷卻空氣壓力損失容許值Ap=3000(Pa)w增壓空氣比熱容C=1009(J/kgK)pb(同上)(中冷器進出口溫度，利用線性差查書高等教育出版社工程熱力學)同上)冷卻介質比熱容C=1002(J/kgK)pa32幾何結構尺寸確定和計算:查閱文獻3選用尺寸參數(shù)為以下：翅片高H95皿翅片厚度50.2皿翅片間距S1.4m當量直徑p2.12me內距X14一0.2=12m單元有效長度L300m內高y9.5-0.2=93m通道的自由流通面積A先選取中冷器機芯總體尺寸為長318.6m,寬為318.6m,高為300m

42、的立方體TOC o 1-5 h zB318.6A=xyB=9.3x1.2x3186=0.0024m2(3-1)1S1.4通道層數(shù)(n-1)x0.2+1.2n=318.6(3-2)n=214A=0.0024x214=0.512m2n層通道的總傳熱面積2x(x+y)Bln2x(1.2+9.3)x318.6x318.6x214x10-9F=326m2S1.4x10-3(3-3)n層通道的一次傳熱面積F=亠F1x+yF1=層通道的二次傳熱面積F2=胡FF=93x326=288.7m221.2+9.33.3傳熱系數(shù)計算求平均溫度下冷卻空氣的熱物理性質中冷器的換熱量:Q=qC(T-T)=0.57X1.00

43、9X100 x103=576734(W)mbpbbs冷卻空氣出口溫度：cnaT=(T+Q)-Cq=(485+273)+=3795a2a1pama1.002+103X1(K)冷卻空氣平均溫度:T=(T+T)十2=48.5+273+379.5=350.5(K)ama1a2(3-4)(3-5)(3-6)根據(jù)冷卻空氣的平均溫度T從文獻1和文獻2中am查表求取冷卻空氣的以下參數(shù)：密度導熱系數(shù)運動粘度普朗特數(shù)=1.073(kg/m3)a=2.87X10-2(W/mK)a=18.56X10-6(m2/s)aPr=0.697a求平均溫度下增壓空氣的熱物理性質增壓空氣的平均溫度:T=(T+T)-2=160+27

44、3+60+273=383bmbs密度:0.3(100一)x103p=(p-Ap十2)十287.4T=-bbbbm287.4x383=0.9(kg/m3)(3-8)(3-9)式中：Ap初步近似用容許值代替b參考文獻9以下所有公式都采用文獻9中提到的計算方法和公式運動粘度:(3-10)_1.717x10-5=0 x(383十273)0.683(m2/s)V=1717X10-5XT十273o.683/pbbmb導熱系數(shù):入=2.44X10-2T十273o.82=2.44X10-2X383十273o.82bbm=3.2X10-2(W/mK)(312)普朗特數(shù):Pr=vCP十入=23X10-5X1009

45、X09m(3.2X102)=0.68bbpbbb(3-13)計算冷卻空氣側的對流換熱系數(shù)冷卻空氣的流速:C=q-(FP)=114十0512=22(m/s)(314)amaaa冷卻空氣通道當量直徑:D=4F小=4X0.512十(214X21X10-X15)=0.019(m)(315)aww冷卻空氣的雷諾數(shù):Re=cD十v=2.2x0.19子(22X10-6)=2892(316)aaaa冷卻空氣的努謝爾特數(shù):Nu=0.023Re0.8Pr0.4=0.023X28920.8X0.1.44450.4=19.5(317)aaa(由雷諾數(shù)確定，冷卻空氣流動屬于層流)冷卻空氣側的對流換熱系數(shù):H=Nu入十D

46、=19.5X31X10-2十0.02=30.26(W/m2K)(318)aaaa計算增壓空氣側對流換熱系數(shù)增壓空氣通道當量直徑:D=2xy十(x+y)=4X0.521*(14x214x214x10-3)=0.02(m)(319)b增壓空氣的流速:C=q-(FP)=0.570.512=1.11(m/s)(320)bmbbb增壓空氣的雷諾數(shù):Re=CD十v=1.11X002m(23X10-6)=965(321)bbbb增壓空氣的努謝爾特數(shù):Nu=0.023Reo.8Pr0.3=0.023X965o.8X0.680.3=5(3-22)bbb(上式適用于紊流狀態(tài))增壓空氣側的對流換熱系數(shù):h=Nu入十

47、D=5X3.2X10-20.02=8(W/m2K)(3-23)bbbb污垢熱阻增壓空氣側污垢熱阻可取:r=000035(m2K/W)1冷卻空氣側污垢熱阻:風冷可取:r=000035(m2K/W)2散熱片焊接處接觸熱阻r=00001(m2K/W)3導熱熱阻r=(A-A)(6-入)=(255.9*255.9)X(0.5*398)(3-24)ba=1.26x10-6(m2K/W)式中：6為冷熱兩側間壁厚度，入為材料導熱系數(shù)中冷器的傳熱系數(shù)1十K=1十h+r+r+r+r+(1十h)(A十A)(3-25)b1234aba=1*8+0.0007+0.0001+1*30.26=0.1588(m2K/W)K=

48、67(W/m2K)用對數(shù)平均溫差法校核散熱面積對數(shù)平均溫差AT=(T-T)-(T-T)十ln(T-T)/(T-T)(3-25)nba2sa1ba2sa1=(433-379.5)-(60-48.5)*ln(53.5*11.5)=27.7(K/C)(參考文獻9得出)所需散熱面積A=Q十(KAT)=57673.4*6.7X27.7=325.8(m2)(3-26)a1n(326-325.8)十325.8x100%=006%V0.1%在允許的誤差范圍內所得散熱面積符合設計要求3.5用效率(J傳熱單元數(shù)(NTU)法校核增壓空氣出口溫度熱容比C=(qc)十(qc)=0.57十114=0.51x103(327)mbpbmapa/.rrtAjt、快人傳熱單元數(shù)NTU=(KA)十(qc)=(0.512X64)一(0.58X103)=5.6x103(328)ambpb效率板翅式兩側的流體均不混合,效率為e=1e(1/c)(1ecNTU)=1e-(10.5773)X(1e(0.5773X1.836)=0.86(329)(參考文獻9得出)增壓空氣出口溫度T=Te(TT)=1600.86x(16040)(330)s1bba1=1600.86x120=56.860C增壓空氣出口溫度小于原始參數(shù)