多流体换热器
理工学院毕业设计外文资料翻译
专业：热能与动力工程
姓名：刘立家
学号：071650211
外文出处：Energy Conversion and
Management
附件： 1.外文资料翻译译文；2.外文原文。
附件1：外文资料翻译译文
多股流换热器的热力计算
M. Pic_on-N_u~nez a,*, G.T. Polley b, M. Medina-Flores c
a Institute for Scientific Research, University of Guanajuato, Lascurain de Retana no. 5, Guanajuato, Gto.,
Mexico
摘要：本文介绍了多股流换热器板和鳍类型的热力计算。虽然最初在低温过程中使用，但它的应用已经向外扩展到超高温过程，结果表明，多股流换热器可以取代整个热回收网络。它基于焓的温度曲线对比图或复合曲线，这能说明多股流换热器怎样把对应焓间隔分开和预测入口和出口流体的焓。板翅换热器中的逆流安排的设计目的是：把最大化允许压力的设计方法推广到多流体换热器。该方法用到压力降，传热系数和换热器体积的热工水力模型，该方法的潜在适用性已经在一个案例研究中显示出来。
关键词：多股流换热器，翅板换热器，复合曲线，热水力模型。
1．简介
多股流换热器首先应用在同时传输超过两种冷热流体的低温过程[1]。这种类型的换热器为了实现这种目标采用了外壳、螺旋管、板、翅。外壳和螺旋器能够处理一个冷流体对应两个或多个热流体，反之亦然，板翅式换热器的几何结构设计在同一个单元里能处理两种以上的热流体和冷流体。
命名
A 表面传热面积m2
Ac 自由流通面积m2
a 传热系数比率(公式(8))
b 传热指数(公式(8))
Cp 热容量(J/kg℃)
CP 热容流率(W/℃)
dh 水力直径(m)
F 摩擦系数
fs 表面积比总面积
H 焓(kW)
HT 换热器高度(m)
h 传热系数(W/m2℃)
hA 表面积总传热系数(W/℃)
j 科尔伯恩系数(St Pr2=3)
k 水的热导率(W/m℃)
Kh 常用传热系数方程(热水力模型) Kp 压降方程中的常量(热水力模型) L 换热器长度(m)
m 质量流量(kg/s)
Np 每流段落
Pr 普朗特数
DP 压降
Q 热负荷(W)
R 污垢热阻(m2·℃/W)
Re 雷偌数
RW 墙体热阻(m2·℃/W)
St 斯坦顿数
T 温度(℃)
V 通道体积(m3)
VT 换热器总体积(m3)
W 换热器宽度(m)
x 摩擦系数与雷偌数比率(公式(9))
y 摩擦指数与雷偌数比率(公式(9))
下标
1 交换器1侧
2 交换器2侧
w 壁条件
希腊字母
α换热器一侧的总换热面积与总体积的比值（m2/ m3）
β换热器一侧的总换热面积与板块之间体积比（m2/ m3）
δ板间距（m）
ε板厚度（mm）
κ翅片的导热系数(W/m℃)
μ粘度（kg/ms）
ρ密度（kg/ m3）
η翅片保温系数
τ翅片厚度（mm）
至于有人建议，热回收网络至少需要N-1个独立的交换器，其中N是在这个过程中流体附加效用的数目[2]，如果所有热力研究在一个独立的单元实现，那么空间、重量、支撑结构的节省就能实现，因此对于设计多股流换热器方法的发展这是一个动力。
主要关注的是关于能操作的如温度、压力和限制应用的如比较干净的液体对多流体在经常使用的扳翅热交换器型号中应用的限制。
由于多股流换热器是一个几种不同流体换热的独立单元，因此预计一系列的热交换将发生在这个单元里[3]。由于流体在出口和入口温度的不同和物理特性的不同导致了没有相同的热量传输能力。
一个多流换热器可能由大量的段落或具有冷热流的通道组成。在管道的基础上进行这样的系统传热计算是复杂的，因为这涉及到了通道总数目和管道与管道之间的相互作用。多流换热器以前的工作是基于“常规壁面温度假设”。这意味着，在垂直于流动方向的任何位置，所有分离板上的温度相同[4]。随后的研究已经取代了常规壁温假设，一
种更全面的分析正如在非相邻层的鳍片间的热传导[3,5-7]其中包括热流在一个含有多种流体的单元里流通的所有可能路径。
多流体换热器目前设计方法考虑分段区域一种流体在一个独立的路径上的设计，[8-10]。这一设计应用的结果是每一滴流会形成一系列具有对应热负荷和压力的流长。单流的长度就是用来选择一个共同的长度和不断改变其它流体的翅式直到单流长度尺
寸在一个合理的范围。
板式和翅片式多流换热器的热设计必须显示以下：总交换量;交换器尺寸（高度，宽度和长度），每条流的途径或通道数目; 每条流的翅片类型;换热系数和压降。在这项工作中，基本要素和基本认识导致一个合理的设计方法是否能够提出。
本文中该设计方法的开发主要涉及以下六个步骤：(1)温度、焓复合曲线图和复合曲线来确定焓间隔，温度场，热负荷和人口流体[11-14]；(2)通过热负荷使每种流体衍生物达到均匀。(3)运用体积的设计公式[15]来确定块长度和宽度；(4)选择适当的翅片或每种流体的二次曲面来实现统一的有效值(hA)。[13，14]；(5)通过通道数量和压降的测量来确定块高度；(6)通过降低压降缓和块尺寸。
在这项工作的发展方面取得的主要假设是：稳态运行，单相的传热过程，绝热操作，流体性质不变，恒定传热系数，可忽略的穿墙纵向热传导，流体分布均匀。另外，假定鳍热和摩擦性能数据分别为凯斯和伦敦[16]，这将在本工作中使用，而且只对普朗特数大于1的液体有效。
2．图形表示的多流换热器
如图1所示的复合曲线，代表了整个过程的热平衡。它们是由一冷一热复合而成。热复合曲线代表的是参加这一进程的所有热流体的热量总和，另一方面，冷复合曲线，代表的是必须添加到这一进程的总热量，是所有冷流体在这个过程中所需的。当两条曲线的叠加，它们之间的重叠显示的热量，可在进程中收回，而两端的超量，表明了过程需外加热量和制冷量达到热平衡。当假设物理性质不变，复合曲线中的每个斜率变化关系到流体的进入和流出。如果在坡度变化时绘制一条垂线，热回收全过程就会分割成各种区间。这些被称为焓间隔，其以温度场（入口和出口温度），热负荷和流体数量为特点。对绘制这些曲线的技术已渐渐成熟[17]，曲线之间几乎最近点处称为压力。
热交换器的传热过程需要通过换热网络。考虑到双流体换热器的最少个数需要满足过程所需热量，换热器的最小数从N- 1开始计算，其中N是流体总数加上公共部分[2]，然后在一个单位执行这些所有工作，潜在的节约了空间，重量和支撑结构的形式。
总体而言，如果一个热交换器能容纳所涉及的所有冷热流，那么整个过程的热负荷可得到满足。图2a显示每个焓间隔的特点是流体数，而且流体的入口和出口温度不变的地方，每个间隔可以被作为块设计。当每块的大小确定了，把它们放在一起，成为多流热交换器，如图2b。
焓间隔
热复合曲线
冷复合曲线
图1代表了整个过程的热平衡
焓间隔
4进口
6出口
8出口
7出口
出口进口出口
图2显示每个焓间隔的特点是流体数，而且流体的入口和出口温度不变的地方，每个间隔可以被作
为块设计。
3．压降和热负荷分布
流体焓间隔的特点是有一组给定的流量，压降允许值，以及热负荷。在这项工作中，假定每个流的允许压降对应于一个根据热负荷线性分布的焓间隔。因此：
,
i n t
,
i n t
,
,()
i erval i erval i Total i Total
H p p H = （1）
其中i 是流体编号
现在为使每流热负荷均匀，流体需要在热分支数目等于冷分支数目的方式下分裂。一种可实现的方法是利用图3，那显示出了一个给定的焓间隔的流体数和热容量流率（CP ）。每个流已经分裂，使每通道展现了相同的热负荷和热通道总数等于冷通道的总数。在图3中，8hot C P =∑W/℃和cold
=C P ∑16 W/℃。 这表明，冷通道的热容必须是热通道热容流率的两倍。实现这一目标的一个方法是八个热通道，每个热通道的CP 是1瓦特每摄氏度；还有8个冷通道，其CP 为2瓦特每摄氏度。每个热通道CP 和每个冷通道CP 可以表示为
hotpassage coldpassage
cold
hot
1
=
C P C P C P C P ∑
∑
（
） （2）
图3给定的焓间隔的流体数和热容量流率（CP ）
正如将要看到的，对热和冷端通道，最后的数字是该块的宽度，它是在设计方案中的某些阶段指定的函数。此外，在典型应用中，大多数流体最终将结束一个段落分数了。由于分数通道必须变成一个整数值。A 级的分析，这超出了本文的范围，必须进行考虑这对性能变化的影响。
4．板翅式换热器体积设计方程
板翅式换热器的几何特性使其能在两个以上的流体间换热的能力。图4显示了这种结构类型的逆流安排。
一个典型的装配是由板块与鳍构成的。这些鳍的功能有三个方面：增加传热面积，提高湍流传热系数和提供板之间的机械支撑。板块之间构成的通道，冷热流体通过它在逆流方式下流通。一板翅式换热器的几何参数主要有：换热器总表面积（β），板间距（δ），二次表面表面积（fs ），水力直径（dh ），翅片厚度（η）和鳍热导率（κ）。一旦表面指定类型，所有这些参数都自行确定。
板翅式换热器在逆流设计方法中，将允许压力最大化作为设计重点。 [15]在这里扩展应用到多流体。在逆流情况下，只有一种流体能够充分利用其允许压降。此流体称为“临界流体” [15]。换热器设计应为每种流体指定翅片形式（或二次表面）。在一个多流体应用中，必须为每个焓间隔选择“临界流体”。临界流体将与其它流体作比较，这就能计算相关的块尺寸（长度和宽度），以至于其它流体将会在几何方面满足他们的热负荷。该方法的基础是体积设计公式。这个模型介绍如下：
板片
翅片
侧栏 翅片（第二曲面）
板片
流动流体
侧栏
（a ）板翅式换热器
图4板翅式换热器装配图和多流应用模型
双流体换热器的基本传热设计方程
Q U AF LM
T = （3）
结合整体传热系数的定义从而给出
1112w 112221111LM
A Q A R R R F T h A h ??????
=
++++?? ?
???????
ηη （4）
双流体换热器的基本传热设计公式可以与整体传热系数结合起来，让其中A1和A2代表总传热面积；H1和H2，无热阻传热系数；由于热阻污垢两侧的R1和R2分别为1和2。RW 是墙体热工性能，F 是平均温差修正系数，对于逆流方式F 值为1。
该方程应用在板翅式换热器的情况下时，要求每边的总换热面用面积表示。涉及的参数之一的总交换容量是A ，从这个定义看，A1和A2与总交换量的关系是：
11=T A V α 22T A V =α
（5）
α可表示为：
1
1112=+??
???δαβδδ
2
2212
=+??
???
δαβδδ
（6）
其中β是一侧到另一侧的表面积，δ是1和2两侧间距。 经过将（5）代入（4）我们有（7）
12w 111
2221111
=
T LM
Q V R R R T h h ??????++++?? ?
???????
ηαηα （7） 方程（7）是根据热负荷、表面几何、总传热系数得到换热器体积；η1和η2分别是侧面1和2的保温系数，计算如下（8）
（b ）应用模型
12s 12
2h tanh 2=1+12h 2f ????????????
? ???????????
-???????????? ? ?????????????
δκηηδκη （8）
其中fs 是二次表面总表面积的比率。
发展热水力模型的关键是利用全压降换热，这影响到换热器的传热系数。如前所述，只有知道表面传热和摩擦性能参数，那么利用全压降换热才能实现。凯斯和伦敦[16]的提出呈现了一个合理的紧凑型表面大量实验数据的综合设置。这些数据包括传热和摩擦系数。热性能中的换热因子相当于雷诺数功能；摩擦性能的摩擦系数由雷诺数函数给出。如方程[13]
j=aRe -b (9) f=xRe -y (10)
开发这项热水力模型的基本表示形式是：
23
t r
j S P = (11)
c
t p hA S m C =
(12) h e c
m d R =
μA (13)
结合公式（9），（11）- （13）对传热系数的解决，我们有：
11b
h c h K A -??= ?
??
(14)
其中
123
b b p h b
h r
am C K d P -=
μ
(15)
现在，对于水力性能的换热器，通过一个紧凑型换热器核心的摩擦压降可表示为：
22
2h c
fL m
P d A =
ρ (16)
结合公式 （5），（10），（13）和（16），我们得到：
31
y p T c P K V A -??
= ?
??
(17)
其中
212y
y
p y
h
xm
K -+=
μαρd
(18)
结合公式（14）和（17），我们有：
()()
()()
1313b y h b y T
p
K
P
h V K ----????????= ? ? ?????????
(19)
公式（19）代表的是涉及到流体总换热量和传热系数的热水力模型。我们可以从这个公式看出，每条流体一经过微元化，其几何特性和摩擦传热特性也会分析出来，所以我们只能用总换热量流体的传热系数来求解方程。 公式（7）连同（19）可以得到每条流体的总体积。换热器每流自由流通的地方都可以在方程（17）中计算。然后，自由流通面积与迎风面积可根据：
c fr
A A =
ζ
(20)
其中ζ可以计算
4
h d =
βζ (21) 由换热器长度（L ）是很容易计算出总体积和自由流通总面积的：
T fr
V L A =
(22)
现在只剩计算进口区域的尺寸了。在这种情况下定义一个自由度，这是用来决定换热器宽度（W ）和换热高度（HT ）的，这反过来会影响到流体通道（NP ）的数量。为此，有下面的公式：
c p
A N
W =
δ
(23)
尽管换热器的宽度和长度已经确定，但是还有一个尚未解决的问题是如何确保其余流体能得到应有的热负荷。这可以通过确保所有热流具有相近的（ghA ）值，实现这一目的的唯一手段是通过选择正确的二次表面或翅片。 5．翅片类型的选择
现在，由于块长度和宽度已经确定，为了实现统一的gha 值，必须选择合适的翅片类型，选择翅片类型时可使用下面的表达式：
()hA =ηηh βV
(24)
其中V 是每一段蒸汽量，而且长度（L ）和宽度（W ）是所有通道焓间隔尺寸的总和，所以一个有效的（ghA ）可以表示为：
()effective =η
hA ηh βδ
(25)
其余流体可以从公式（14），（15），（20）和（21）中计算出合适翅片的几何数据。一旦（ghA ）值被算出，那么其它的也会迎刃而解的：
()
()1i
i
p
p I
I
i
i H T N N ??
=
++???
?
∑∑
δδε
(26)
其中，e 是板的厚度。这里会得到一大批不同的翅片可供设计师选择。由凯斯和伦敦[16]确定的传热翅片的数量是一个相当大的数目，其中57个可在这项工作中得到应用[13]。 6.．松弛压降
正如所想，除了宽度，每焓间隔的块尺寸最终将不会是统一的。块长度将最终取决于热负荷和压降，而且块高度由通道数量决定。块的宽度是在设计中可自由决定的，并且所有块的宽度都相同。因此，在这个阶段，我们只有一个共同的尺寸即块宽度。图.5显示了一个换热器在这个阶段的特性。
为了实现统一的块高度可以放大临界流体的压降，在这项工作中，放大压降是通过雷诺数操纵实现[13,14]的。要做到这一点，其重点应放在块的参考高度上。如果块的高度与“参考高度”不同，那么要反复改变预期值，直到临界流体的Re 数使所有的块高都与参考高度相同为止。计算机程序已可以完成整个过程设计。设计图如图6。
图5显示了一个换热器在这个阶段的特性
图6多流体板翅式换热器设计的总过程
7．实施方法
选择一个假设的案例来演示上面所介绍的方法。表1显示了流体属性，运行条件和
物理过程，构建复合曲线的最低温度为20℃。
图7显示了复合曲线和最低温度为20℃下的焓间隔。该图也显示了6个焓间隔，其
中1，5和6对应于换热过程；间隔2，3和4代表热量回收过程。只有其后的间隔设计
将考虑在内。
表格1
案例的工程数据
流体供水目标质量压降密度Cp μk 类型温度℃温度℃流量kg/s kPa kg/m3 J/kg℃cP W/m℃
H1进口
H2进口
C2出口
C1进口C2进口
图7复合曲线和最低温度为20℃下的焓间隔
图8 案例中每焓间隔的流体数
图表2
压降分配
流体总压降
Pa
图表3
热负荷和每间隔入口与出口的温度
间隔
每条流体的压降是按比例分配到每个区间的，如图8所示。这是每个区间热负荷如表2所示；进出口温度列于表3。
8．结果与讨论
对于设计区间II从指定的临界流体开始。在这种情况下，只有冷流体C1以在所有流体中最低的允许压降在该区间出现，那么该流体才能指定为临界流体。热流体H1可看作为参考流体。同样的标准也适用于第三和第四区间。块尺寸和体积设计的结果列于表4。表5-7包含块的详细设计资料。其命名法与凯斯和伦敦[16]是一样的。
图表4
块尺寸
间隔长度m 宽度m 高度m 体积m3
图表5
详细设计（块2）
流体通道数表面类型
平翅
平翅
百叶窗
图表6
详细设计（块3）
流体通道数表面类型
平翅
平翅
百叶窗
百叶窗
图表7
详细设计（块4）
流体通道数表面类型
平翅
百叶窗
百叶窗
块尺寸和体积设计的结果列于表4。表5-表7包含块的详细设计资料。其命名法与凯斯和伦敦[16]是一样的。
图表8
调节块尺寸（最终设计）
间隔长度m 宽度m 高度m 体积m3
图表9
最终设计（块2）
流体通道数表面类型
平翅
平翅
百叶窗
图表10
最终设计（块3）
流体通道数表面类型
平翅
平翅
百叶窗
百叶窗
图表11
最终设计（块4）
流体通道数表面类型
平翅
百叶窗
百叶窗
我们可以从表4看出，三节有不同的块高。在下一阶段的设计过程中，应寻求共同的块高。在这种情况下，块四高度的参考尺寸是0.23 m。第二和第三块是重新设计了新的雷诺数，直至达到规定的高度。最后的结果显示在表8-表11。
多流体换热器的分区设计允许在部分容易识别处（如入口和出口）设置多个流体间隔。由于如此，换热器的核心尺寸有：长2.107米，宽1米，高0.236米。换热器的宽度仍然可以自行改变，如有需要，可适当增加块高。因此，宽度缩小一倍，换热器高度降低两倍：宽0.5米，高0.452米。
如表9-表11所示，由此得到的通道数为分数。但是对于一个真正的运行程序，通道数必须是整数。因此，例如在第2区域，流体H1，H2，C1和C2的通道数可分别为3，10，6和7。这个变化会影响到其传热系数和压降。最终的选择将取决于ghA值是否接近参考值。在任何情况下，考虑到最终流体温度的影响，设计过程必须进行等级分析。
设计过程的开始是确定流体C1的最大允许压降。表2显示了C1在区间二，三和四的压降分配。表5-7显示的是流体C1的压降在每个区间的最大化。然而，这将导致块尺寸不一致，这是不可取的。为了纠正这种情况，应在块高统一的区域缓缓放大阶段压降。因此，在多流体换热器中充分利用压降是很难达到的。
仍然需要详细考虑在内的一方面是翅片类型必须由临界流体和参考流体共同指定。由于多种多样的翅片类型可供设计师选择，而且翅片类型的选择直接影响到最终块的尺寸，那么一种设计可产生大量的翅片类型。所以在任何情况下，翅片的选择必须综合考虑其适用性，成本和所需的块尺寸。
9．结论
多流体板翅式换热器的系统设计方法已被引入。自从传热系数和摩擦系数在此项工作中得到应用，这种液体-液体换热过程的设计方法因而得到了推广，在使用了特定应用程序验证数据的情况后，表明该方法是可行的。
本文提出的方法在文献中充分说明了其优势。例如，使用该方法会使每通道具有相同的热负荷，并且还具有数量相同的冷、热通道。结果消除了热不平衡的影响。为了寻求流体能在最佳通道分布均匀，设计时必须消除了热不平衡力。此外，该方法在这里提供了各参与流体入口与出口的热量和物理属性，介绍了选择翅片类型时如何实现统一（ghA）值的方法。在稳定状态，实现统一的（ghA）值必须解决通道的安排问题。之所以如此，是因为从热的角度来看，所有的热通道和所有的冷通道展现了相同的特性，而且在流体分配过程中是相同的。
10．参考文献（见原文）
附件2：外文原文（复印件）
铝制板翅式换热器使用说明书_secret
铝制板翅式换热器使用说明书 目录 前言第1页 1 铝板翅式换热器结构介绍第1页 2 板式安装第4页 2.1设备到达检查第4页 2.2存放第4页 2.3板式安装第4页 3 安装第5页 3.1系统试压第5页 3.2 热交换介质的要求第5页 3.3 热交换介质的要求第6页 4、技术性能、安装尺寸第6页 5、维护与保养第6页 6、制造、检验、验收标准第7页 前言 铝板翅式换热器广泛用于低温精馏装置，如空气分离与液化设备、天然气分离与液化、乙烯精馏；也用于化工处理、机车冷却和其它领域； 本使用说明为铝板翅式换热器安装、使用、维护的一般知识，对文中黑体字部份应特别注意，以免对设备或人员造成伤害。在使用过程中对不清楚的地方应向制造厂家咨询。
1. 铝板翅式换热器结构介绍 1.1 铝板翅式换热器属间壁式紧凑换热器； 1.2 铝板翅式换热器的材质为防锈铝合金；换热介质在工作温度下不能对铝合金产生腐蚀或与铝合金有化学反应；这样会降低换热器的使用寿命； 1.3 板式由接管、板束体、其它附属装置组成； 1.3.1 接管 连接换热器与外部接管，可采用焊接、法兰连接或双金属接头连接；接管与板束体相连是封头，封头用于流体分布； 接管材料通常是5A02或5083 1.3.2 板束体 板束体是热交换的场所，结构单位是层；每层由导流片、翅片、封条、隔板组成；层组合为板束体高度（厚度）；整体为真空钎焊，不可拆卸； 1.3. 2.1导流片分进、出口导流片，引导流体进、出各层； 1.3. 2.2翅片为流体热交换提供扩展面积和支承强度；节距一般从1mm~4.2mm，故不清洁介质不能入内，以免堵塞，特别在试压、管道吹扫时应特别注意； 1.3. 2.3 封条在每层的四周，把介质与外界隔开；在流体进、出口处开口； 1.3. 2.4隔板把相邻两层隔开，热交换通过隔板进行，常用隔板一般厚1mm~2mm； 1.3.3 其它附属装置包括：支座、吊耳、保冷等； 1.3.3.1支座支承换热器，支架与支座相连；如果需要，支座要考虑隔热； 1.3.3.2 吊耳为换热器吊装使用； 1.3.3.3 当换热器工作温度高于、低于环境温度时换热器应保温以减少冷损。保冷通常采用聚胺脂发泡或干燥珠光砂保冷； 1.4 板式可根据需要进行并联或串联以解决装置需要与钎焊设备尺寸限制的矛盾；并联布置时应注意换热器间流量分配的均匀度； 2 板式安装 2. 1设备到达检查
板翅式换热器及FLUENT软件的初步认识
前期报告 1.选题的目的和意义： 板翅式换热器由于其体积小、重量轻、效率高、结构紧凑等优点，在石油化工、航空航天、电子、原子能、机械和空调等领域得到了越来越广泛的应用。波纹翅片作为板翅式热交换器的一种常见翅片类型，研究其传热和流动特性对板翅式热交换器的设计具有指导作用，也对以后的工程计算有很大的帮助作用。 2．传热，流动及防结垢研究 关于传热，流动及防结垢的研究涉及范围宽广的许多问题。其最终目的有二：一是强化传热并尽量减少流动阻力，二是为更精确的设计计算提供理论基础和方法．强化传热同时避免过大的流动阻力的主要途径有两个方面，一方面开发出新的更高效的传热表面，另一方面更合理地选择有关参数和更合理地设计流体分配结构，使流动在流道中得以更均匀地分配。 1．2板翅换热器翅片的类型、特点及应用场合 1．2．1翅片类型 板翅换热器的传热面由平板和翅片表面组成，平板部分的传热面叫一次传热面，由翅片组成的叫二次传热面。二次传热面积占总传热面积的绝大部分，一般达70～90％。 (1)平直翅片：它是最基本的一种翅片，由金属薄片制成的一种最简单的翅片形式。其特点是有很长的带光滑壁的长方形翅片，其传热特性和流体流动特性与流体在长的圆形管道中的传热和流动特性
相似。翅片的主要作用是扩大传热面，而对于促进流体湍动的作用很小，但流道长度对传热效果有明显的影响。． (2)锯齿形翅片：结构特点是流体的流道被冲制成凹凸不平，其目的是增加流体湍动程度，并破坏传热边界层，从而强化传热过程使传热效率提高。 (3)多孔翅片：它是在平直翅片上冲出许多孔洞而成的．由于翅片上这些孔使传热边界层不断被破坏，不仅能提前向湍流过渡，而且能明显地增强过渡区和湍流区的传热，但在高雷诺数范围会出现噪音和振动． (4)波纹翅片：肋片纵向里波纹(或人字)状，可使流体的流向不断改变以促进湍流形成，弯曲处边界层可有微小破裂．流体在通道中流动时，由于不断改变流向而产生二次流及边界层分离而使传热效果得以增强。波纹越密，波幅越大，其增强效果也越大。 (5)错位翅片：在沿流体流动方向看是间断的而且是错位排列的。从传热和流动的角度来看，可以认为是由一系列相错排列的短的平直翅片组成的。传热系数高的主要原因是因为流体在流动中，其边界层在一个翅片段上还未及充分发展就被下一个错位的翅片段破坏了．从2整个流道长度来看，可以认为传热和流动都始终处于发展段． (6)百叶窗式翅片：其特点是翅片上冲有等距离的百叶窗式的栅格，向流道内凸出，其目的是破坏熟边界层，从而强化传热过程．在翅片尺寸相同条件下，栅格愈多传热效果愈好，但阻力亦愈大。1．2．2板翅换热器的优缺点
换热器的发展现状及前景
换热器的研究发展现状及前景 摘要：随着现代工业的迅速发展，以能源为中心的环境、生态等问题日益加剧。世界各国在寻找新能源的同时，也更加注重了节能新途径的研发。强化传热技术的应用不但能节约能源、保护环境，而且能大大节约投资成本。换热器由于其在化工、石油、动力和原子能等工业部门的广泛应用，使得换热器的强化传热技术一直以来受到研究人员的重视，各种研究成果不断涌现。随着经济的发展，各种不同结构和种类的换热器发展很快，新结构、新材料的换热器不断涌现。换热器又称热交换器，是一种将热流体的部分热量传递给冷流体的设备，也是实现化工生产过程中热量交换和传递不可缺少的设备。换热器既可是一种单独的设备，如加热器、冷却器和凝汽器等；也可是某一工艺设备的组成部分，如石化、煤炭工业中的余热回收装置等。本文主要介绍了现有换热器的分类，各种换热器的特点工作原理及应用情况，对目前换热器的存在问题和发展趋势进行分析。 关键词：换热器；强化换热；研究现状 随着现代工业的迅速发展，以能源为中心的环境、生态等问题日益加剧。世界各国在寻找新能源的同时也更加注重了节能新途径的研发。强化传热技术的应用不但能节约能源、保护环境，而且能大大节约投资成本。换热器由于其在化工、石油、动力和原子能等工业部门的广泛应用，使得换热器的强化传热技术一直以来受到研究人员的重视，各种研究成果不断涌现 1换热器的分类方式 随着科学和生产技术的发展，各种换热器层出不穷，难以对其进行具体、统一的划分。虽然如此，所有的换热器仍可按照它们的一些共同特征来加以区分，具体如下。 按照用途来分：预热器（或加热器）、冷却器、冷凝器、蒸发器等。 按照制造热交换器的材料来分：金属的、瓷的、塑料的、石墨的、玻璃的等。 按照温度状况来分：温度工况稳定的热交换器，热流大小以及在指定热交换区域的温度不随时间而变；温度工况不稳定的热交换器，传热面上的热流和温度都随时间改变。 按照热流体与冷流体的流动方向来分：顺流式、逆流式、错流式、混流式。
中高压板翅式换热器的设计与开发
职称论文 题目：中高压板翅式换热器的设计与开发单位：XXXXXXXXXXX 姓名：XXX 二零一五年六月
中高压板翅式换热器的设计与开发 XXX （X X X X X X X X X） 【论文摘要】本文提出了低、中、高压板翅式换热器分类意见，介绍了中高压板翅式换热器设计特点，阐述了采用真空钎焊制造中、高压板翅式换热器工艺的特殊措施。并以低压板式换热器制造成功实践说明采用特殊工艺措施是正确的、可行的。同时介绍了中高压换热器的应用前景。 关键词：中高压板翅式换热器真空钎焊翅片封条流道空分装夹 一、板翅式换热器的发展现状 随着空分技术和机械行业的不断发展，板翅式换热器的应用也越来越广泛，要求板翅式换热器的设计压力也越来越高。尤其进入20世纪80年代以来，随着我国内地和沿海油田的不断开发和石油化工行业的快速发展，承受中、高压的板翅式换热器应用日趋广泛，由于国内无法制造中、高压力的板翅式换热器，当时我国用于大型空分设备和石油化工设备中的中、高压板翅式换热器全部依赖进口。 板翅式换热器根据设计压力不同分为低压（3.0MPa以下），中压（3.0-6.4MPa）和高压（6.4-9.6MPa）。低压板翅式换热器大多用于空分设备。中、高压板翅式换热器用于空分液化设备，天燃气液化及分离设备，石油、天燃气化工设备及乙烯冷箱。近年来随着真空钎焊技术的发展，相关的工艺也相对成熟起来，我公司又有多年低压板翅式换热器的设计和生产的成功经验，为开发中、高压板翅式换热器奠定了物质技术基础。我公司生产的常规的板翅式换热器均能达到3.0Mpa以上的压力，且产品的使用状况良好。
二、高压板翅式换热器整体结构 高压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。由于板翅式换热器芯体结构复杂，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产品的耐压强度。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。对于高压板翅式换热器，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。我公司现有翅片型式有锯齿型、平直型和波纹型。在中高压板翅式换热器翅片的选用时，应尽量避免采用锯齿型翅片。因为锯齿型翅片是切开的，削弱了承压能力，同时小节距厚翅片的锯齿型很难生产制造。选用翅片规格的原则是压力越高节距越小，当节距小到工艺无法生产时，再用增加翅片厚度（节距放大）来满足设计压力的要求，即小节距厚翅片。我公司常用的中压翅片特性参数见下表1： 表1
换热器分类
换热器分类 夹套式换热器 结构如图所示。夹套空间是加热介质和 冷却介质的通路。这种换热器主要用于 反应过程的加热或冷却。当用蒸汽进行 加热时，蒸汽上部接管进入夹套，冷 凝水由下部接管流出作为冷却器时，冷 却介质（如冷却水）由夹套下部接管进 入，由上部接管流出。 夹套式换热器结构简单，但由于其加热 面受容器壁面限制，传热面较小，且传 热系数不高。 二.喷淋式换热器喷淋式换热器的结构 与操作如下图所示。这种换热器多用作 冷却器。热流体在管内自下而上流动， 冷水由最上面的淋水管流 出，均匀地分布在蛇管 上，并沿其表面呈膜状自 上而下流下，最后流入水 槽排出。喷淋式换热器常 置于室外空气流通处。冷 却水在空气中汽化亦可带 走部分热量，增强冷却效 果。其优点是便于检修， 传热
效果较好。缺点是喷淋不 易均 .套管式换热 器
套管式换热器的基本部件由 直径不同的直管按同轴线相 套组合而成。内管用180 暗 幕 * Сざ任?～ 6m。若管子太长，管中间会 向下弯曲，使环隙中的流体分布不均匀 套管换热器的优点是构造简单，内管能耐高压，传热面积可根据需要增减，适当选择两管的管径，两流体皆可获得适宜的流速，且两流体可作严格逆流。其缺点是管间接头较多，接头处易泄漏，单位换热器体积具有的传热面积较小。故适用于流量不大、传热面积要求不大但压强要求较高的场合。 四.管壳式换热器 1.固定管板式结构如图所示。管子两端与管板的连接方式可用焊接法或胀接法固定。壳体则同管板焊接。从而管束、管板与壳体成为一个不可拆的整体。这就是固定 管板式名称的由来
折流板主要是圆缺形与盘环形两 种，其结构如图所示。 操作时，管壁温度是由管程与壳程 流体共同控制的，而壳壁温度只与 壳程流体有关，与管程流体无关。 管壁与壳壁温度不同，二者线膨胀 不同，又因整体是固定结构，必产 生热应力。热应力大时可能使管子 压弯或把管子从管板处拉脱。所 以当热、冷流体间温差超过50℃时应有减小热应力的措施，称“热补偿”。 固定管板式列管换热 器常用“膨胀节” 结构进行热补偿。图 所示的为具有膨胀 节的固定管板式换 热器，即在壳体上焊 接一个横断面带圆弧 型的钢环。该膨胀节 在受到换热器轴向 体伸缩，从而减小热应力。但这种补偿方式仍不适用于热、冷流体 温差较大 大于70℃）的场合，且因膨胀节是承压薄弱处，壳程流体压强不宜超过6at 。 管式列管换热 器
绕管式换热器技术发展综述
?8? ２００５年第１期 石油和化工节能 绕管式换热器技术发展综述 王百战 染绪囷 摘要 绕管式换热器作为高效紧凑换热器的一种，在余热利用和节能方面起着积极的作用。介绍了绕管式换热器的结构特点以及发展的现状和主要趋势，对换热器系统最佳化和评价方法等问题进行了分析探讨。 关键词 绕管式换热器 技术 发展 在年产３００ｋｔ合成氨５２０ｋｔ尿素的装置中，高效紧凑式换热器的应用是一个显著的特点。绕管式换热器作为高效紧凑换热器的一种，发挥着自身独有的作用，在余热利用和节能方面起着积极的作用。本文就绕管式换热器的技术发展、换热研究、制造技术以及优化设计方面作一些粗浅的介绍，可作为绕管式换热器在生产管理和技术管理方面的参考。 １ 绕管式换热器的结构特点 绕管式换热器在结构上较为紧凑，传热效率也高，并且具有一定的温度自补偿能力。结构特点是用小直径管以螺旋状缠绕在芯管上，而且各层的缠绕方向相反，螺旋圈的径向间距用特制的金属垫条来调节，螺旋圈的角度一般为５－２０°。绕管式换热器一般适宜用于多股流体间的换热。多用于净化流程的低温甲醇洗装置以及空分装置。小直径管有的是单独缠绕，也有的是将两根或多根管子焊接（或并）在一起，做成多管型结构。 图１和图２是双管型绕管式换热器及其解析模 型图。 图１ 双管型绕管式换热器 图２ 双管型绕管式换热器的解析模型 ２ 绕管式换热器的现状及发展趋势 从２０世纪７０年代开始，由于化工装置和能源装置在不断地向高参数和大型化发展，同时由于节能形势的发展，高效紧凑式换热器日益受到重视，绕管式换热器也随之趋向大型化和高参数方面的发展。绕管式换热器的大型化发展也揭示着新的制造水平：大型管板锻件的供用和加工；管束与壳体的装配以及引发的焊接工作量等问题的解决都进入了一个新的层次。 大型管板，孔多、孔密、孔小、孔深，而且孔的精度和光洁度要求很高。要达到高的加工精度，当然必须依靠高的定位精度来保证。美国ＣＥ公司采用Ｃｒｏｓｓ公司５轴数控管板钻床，达到了当代超厚管板加工技术的最新水平。日本对中等厚度（厚度１５０ｍｍ以下）管板和薄管板成功地研制了８轴和１４轴高效率数控钻床，大大提高了加工精度，生产效率都显著提高。 ３ 管子与管板的连接技术 管子与管板的连接，目前主要是胀接、焊接和胀焊结合。
中国换热器产业现状及发展趋势_黄庆军
第1期 中国换热器产业现状及发展趋势 黄庆军1 任俊超1 苏是2 黄蕾2 (1.四平市换热器协会， 吉林 四平 136000) (2.太原科技大学机电学院， 山西 太原 030024) [摘 要] 分析了国内换热器的市场规模、竞争格局、产业布局以及外资企业在华投资布局，介绍了国内换热器的技术现状和差距，预测了今后的产业发展趋势。 [关键词] 换热器；现状；发展趋势 1 市场规模分析 2008年，中国换热器产业市场规模在360亿元左右，主要集中在石油、化工、冶金、电力、船舶、集中供热、制冷空调、机械、食品、制药等领域。其中，石油化工领域仍然是换热器产业最大的市场，其市场规模在100亿元以上；电力冶金领域换热器市场规模在60亿元左右；船舶工业换热器市场规模在30亿元以上；机械工业换热器市场规模约为30亿元；集中供热行业换热器市场规模超过25亿元。 2 市场竞争格局 按照产品类型的不同，我国换热器产业市场竞争主要集中在以下四大产品领域。 板式换热器领域，国内外企业竞争激烈，大量外资企业已经完成在中国的布局。其中，四平巨元瀚洋、兰石换热设备公司、四平维克斯是我国板式换热器领域内资企业中的龙头企业，其板式换热器年产值都在2亿元以上。外资企业主要包括阿法拉伐（江阴）、舒瑞普（北京、苏州）、APV（上海、北京）、丹佛斯（天津）、传特（北京）、桑德克斯（上海、宁波）、风凯（常州）等企业，世界著名的板式换热器企业大都已经进入中国市场。此外，沈阳太宇、蓝科高新（原兰石所）、上海艾克森、湖北登峰、山东北辰、佛山澜石、上海南华等企业也是我国重要的板式换热器企业。 管壳式换热器领域，我国生产企业众多，且规模都较小。其中，抚顺机械设备制造有限公司、兰石集团炼化设备公司、中石化南京化工机械是我国内资管壳式换热器的龙头企业，其管壳式换热器年产值都在2亿元以上；江苏中圣集团、无锡化工装备总厂、宝钛集团南京宝色股份、西安核设备制造厂（原国营524厂）、合肥通用特种材料设备有限公司是我国特种材料换热器领域的重要企业，其特种材料管壳式换热器年产值都在1.5亿元以上；中石化镇海石化建安工程有限公司、中石化北京燕化、中石化茂名重力石化机械制造有限公司等企业依托母公司中石化的市场优势，也形成了一定的换热器生产规模，年产值在1～2亿元左右；此外，张家港化工机械、大连金重公司、湖北长江石化设备公司、大连东方亿鹏、合肥通用特种材料设备有限公司、西安大秦化工机械（原西安化工机械厂）、林德工程（大连）、天津国际机械（原天津市换热装备总厂）、大连东方亿鹏等企业也是国内管壳式换热器的主要生产企业，管壳式换热器的年产值都在1亿元以上。相对而言，管壳式换热器外资企业在华布点不多，比较知名的有日本森松（上海）、林德工程（大连）、美国艾普尔（苏州）、德国风凯（常州），这主要缘于我国石油化工领域换热器企业众多，生产能力较强，国外企业进入中国市场较为困难。 空冷式换热器领域，哈空调是我国最大的空冷式换热器生产企业。此外，江苏双良股份、国电集团北京龙源冷却技术有限公司、四川简阳空冷器、蓝科高新（原兰石所）、兰州兰石集团长征机械、西安大秦化工机械（原西安化工机械厂）、湖北长江石化设备、江阴电力设备冷却器公司等企业也具有一定的竞争力。外资企业中，基伊埃（芜湖、廊坊）、斯必克（张家口）在空冷式换热器领域具有较强的竞争力。 板翅式换热器领域，杭州杭氧股份和开封空分集团是我国石油化工领域著名的板翅式换热器企业，浙江银轮股份、贵州永红航空机械、无锡马山 作者简介：黄庆军（1967—），男，1992年毕业于燕山大学，硕士研究生学历，高级工程师。主要从事换热器行业分析及产品研究。
多股流换热器项目设计方案
多股流换热器项目设计方案1．简介 多股流换热器首先应用在同时传输超过两种冷热流体的低温过程[1]。这种类型的换热器为了实现这种目标采用了外壳、螺旋管、板、翅。外壳和螺旋器能够处理一个冷流体对应两个或多个热流体，反之亦然，板翅式换热器的几何结构设计在同一个单元里能处理两种以上的热流体和冷流体。 命名 A 表面传热面积m2 Ac 自由流通面积m2 a 传热系数比率 (公式(8)) b 传热指数 (公式(8)) Cp 热容量(J/kg℃) CP 热容流率 (W/℃) dh 水力直径(m) F 摩擦系数 fs 表面积比总面积 H 焓 (kW) HT 换热器高度(m) h 传热系数(W/m2℃) hA 表面积总传热系数(W/℃) j 科尔伯恩系数(St Pr2=3) k 水的热导率(W/m℃) Kh 常用传热系数方程(热水力模型) Kp 压降方程中的常量(热水力模型)
L 换热器长度 (m) m 质量流量(kg/s) Np 每流段落 Pr 普朗特数 DP 压降 Q 热负荷 (W) R 污垢热阻(m2·℃/W) Re 雷偌数 RW 墙体热阻(m2·℃/W) St 斯坦顿数 T 温度 (℃) V 通道体积 (m3) VT 换热器总体积 (m3) W 换热器宽度 (m) x 摩擦系数与雷偌数比率(公式(9)) y 摩擦指数与雷偌数比率(公式(9)) 下标 1 交换器1侧 2 交换器2侧 w 壁条件 希腊字母 α换热器一侧的总换热面积与总体积的比值（m2/ m3）
β换热器一侧的总换热面积与板块之间体积比（m2/ m3） δ板间距（m） ε板厚度（mm） κ翅片的导热系数(W/m℃) μ粘度（kg/ms） ρ密度（kg/ m3） η翅片保温系数 τ翅片厚度（mm） 至于有人建议，热回收网络至少需要N-1个独立的交换器，其中N是在这个过程中流体附加效用的数目[2]，如果所有热力研究在一个独立的单元实现，那么空间、重量、支撑结构的节省就能实现，因此对于设计多股流换热器方法的发展这是一个动力。 主要关注的是关于能操作的如温度、压力和限制应用的如比较干净的液体对多流体在经常使用的扳翅热交换器型号中应用的限制。 由于多股流换热器是一个几种不同流体换热的独立单元，因此预计一系列的热交换将发生在这个单元里[3]。由于流体在出口和入口温度的不同和物理特性的不同导致了没有相同的热量传输能力。 一个多流换热器可能由大量的段落或具有冷热流的通道组成。在管道的基础上进行这样的系统传热计算是复杂的，因为这涉及到了通道总数目和管道与管道之间的相互作用。多流换热器以前的工作是基于“常规壁面温度假设”。这意味着，在垂直于流动方向的任何位置，所有分离板上的温度相同[4]。随后的研究已经取代了常规壁温假设，一种更全面的分析正如在非相邻层的鳍片间的热传导[3,5-7]其中包括热流在一个含有多种流体的单元里流通的所有可能路径。 多流体换热器目前设计方法考虑分段区域一种流体在一个独立的路径上的设计，[8-10]。这一设计应用的结果是每一滴流会形成一系列具有对应热负荷和压力的流长。单流的长度就是用来选择一个共同的长度和不断改变其它流体的翅式直到单流长度尺 寸在一个合理的范围。 板式和翅片式多流换热器的热设计必须显示以下：总交换量;交换器尺寸（高度，宽度和长度），每条流的途径或通道数目; 每条流的翅片类型;换热系数和压降。在这项工作中，基本要素和基本认识导致一个合理的设计方法是否能够提出。
真空钎焊板翅式换热器产品的传热计算
真空钎焊板翅式换热器产品的传热计算 一、设计、传热学基础知识 1、热量、传热学有关基础知识 凡是有温度差的地方，就有热量自发地从高温物体传向低温物体。自然界和生产技术中几乎到处存在着温度差，所以热量传递就成为自然界和生产技术中一种普遍的现象。热量一般用Q来表示。 热量传递有三种基本方式：导热、对流和热辐射。 A、导热：物体各部分之间不发生相对位移时，依靠分子、原子及自由电子等微观粒子的热运动而产生的热量 传递。或称热传导。 举例：焊侧板后，散热器其余部位也发热。铝及铝合金有很好的导热性。 夏天买冰棒，用棉被包裹箱子,棉花有弱导热性.阻止外界热量传入。 B、对流：指物体各部分之间发生相对位移，冷热流体相互掺混所引起的热量传递方式。 对流仅能发生在流体中，而且必须伴随有导热现象，所以一般称对流换热。对流换热可区分为两大类：自然对流和强制对流。 自然对流：暧气片加热房间。 强制对流：流体流动是由于水泵、风机或其他压差作用所造成的。 沸腾换热、凝结换热—它们是伴有相变的对流换热。 C、热辐射：物体通过电磁波来传递能量的方式称为辐射。 热辐射可以在真空中传播，而导热、对流这两种热量传递方式只有在有物质存在的条件下才能实现。 辐射换热区别于导热、对流的特点，它不仅产生能量的转移，而且还伴随能量形式的转化，即发射时从热能转化成为辐射能，而被吸收时，又从辐射能转换为热能。 举例：白衣、白色衬衫、黑色衬衫。 真空炉内，以热辐射为主，因不是绝对真空，还伴有传导、对流换热。 ※能量守恒与转换定律 能量既不能被创造，也不能被消灭，它只能从一种形式转换成另一种形式，或从一个系统转移动另一个系统，而其总量保持恒定，这一自然界普遍规律称为能量守恒与转换定律。 举几个转换例子（一种形式转化成另一种形式） 磨擦生热（机械能转换成热能）燃烧（化学能转达换成热能） Q吸=Q放 当两系统产生换热时，在无转化机械能等性况下，可以大致认为Q吸=Q放，即一系统吸收热量等于另一系统放出热量。 Q Δt Km 2、换热器设计 一个设计合理的换热器一般应满足以下几个要求 ○在给定的工作条件（流体流量、进口温度）下，达到要求的传热量和流体出口温度。 ○流体压降要小，以减少动行的能量消耗。 ○安全可靠、满足最高工作压力、工作温度以及防腐、防漏、工作寿命等方面要求。 ○制造工艺切实可行，选材合理且来源有保证，以减少初投资。 ○安装、运输以及维修方便。 二、板翅式换热器产品的传热计算 从传热机理上看，板翅式换热器仍然属于间壁式换热器。其主要特点是，它具有扩展的二次传热表面（翅片），所以传热过程不仅是在一次传热表面（隔板）上进行，而且同时也在二次传热表面上进行。高温侧介质的热量除了有一次表面导入低温侧介质外，还沿翅片表面高度方向传递部分热量，即沿翅片高度方向，有隔板导入热量，再将这些热量对流传递给低温侧介质。由于翅片高度大大超过了翅片厚度，因此，沿翅片高度方向的导热过程类似于均质细长导杆的导热。此时，翅片的热阻就不能被忽略。翅片两端的温度最高等于隔板温度，随着翅片和介质的对流放热，温度不断降低，直至在翅片中部区域介质温度。
板翅式换热器新技术及应用_凌祥
第31卷 第2期2002年3月 石 油 化 工 设 备 PET RO-CHEM ICAL EQ U IPM EN T V o l.31 N o.2 M ar. 2002 试验研究 文章编号:1000-7466(2002)02-0001-04 板翅式换热器新技术及应用 凌 祥,周帼彦,邹群彩,涂善东 (南京工业大学过程装备先进制造技术重点实验室,江苏南京 210009) 摘要:介绍了作者近年来在板翅式换热器研究与开发方面所做的工作:①为提高铝板翅式换热器翅片和隔板表面的耐蚀性和亲水性,开发了一种表面处理技术。②开发的板翅式换热器快速创型系统,具有优化设计、参数化绘图和快速报价等功能,能降低产品成本,提高设计效率十几倍。③通过应用先进制造工艺和引进新材料开发了一系列具有抗强腐蚀、抗结垢、耐高温和耐高压能力的板翅式换热器系列新产品。④应用大型有限元分析系统对高压板翅式换热器的结构特性进行了初步分析,得出了一些提高产品可靠性的设计准则。 关 键 词:板翅式换热器;快速创型;表面处理;先进制造工艺;有限元分析 中图分类号:TQ051.51 文献标识码:A N ew techniques of plate-fin heat exchangers and its application LIN G Xiang,ZHO U Guo-ya n,ZO U Qun-cai,T U Sha n-do ng (Adv anced M a nufacturing Technolog y Lab.o f Process Equipment, N anjing Univ ersity o f Techno lo g y,N anjing210009,China) Abstract:The resear ches made o n plat e-fin heat exchang ers by author s w ere intro duced.Fir stly,a surface tr eatment me tho d for fins and pa rting sheet is propo sed in o rder to enha nce their resistance to co rr osio n and hydro philic ca pability.Secondly,a rapid innov ation sy stem which inv o lv ed a lo t of functio ns such a s optima l ther mal desig n,pa ramet ric dr awing and r apid quo tatio n is dev eloped.The practice applicatio n o f this sy stem sho ws the desig n efficiency increases8to10tim es and the cost decr ease va stly.Thir dly,sev eral new type o f pla te-fin heat ex cha ng ers with specia l perfo rma nce,such as co rro sio n-proo f,anti-fo uling a nd high temper ature resistant etc,w er e dev eloped th ro ug h ado pting new adva nced ma terials and new a dv anced manufac turing techno log y. Fina lly,the st reng th ana ly sis fo r plate-fin heat exchang ers subjected to hig h pr essur e w as car ried out.So me design criteria to ensure the reliability of pla te-fin heat ex chang er s a re o btained. Key words:pla te-fin heat ex chang er;r apid innov ation;sur face t reatme nt;adv anced manufac turing techno log y; finite element a naly sis 板翅式换热器具有结构紧凑、传热效率高等特点,与传统的管壳式换热器相比,其传热效率提高20%～30%,成本可降低50%,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。目前板翅式换热器的制造材料主要使用铝合金,因此存在耐腐蚀性差、承压低等缺点。另外,板翅式换热器结构比较复杂,人工进行热力设计困难,特别是有相变、多股流体换热的情况,用手工进行精确热力设计计算几乎不可能。为了进一步拓宽其应用范围,近年来板翅式换热器的设计理论、试验研究、制造工艺及开拓应用的研究方兴未艾[1],特别是一些新技术的渗透,使板翅式换热器的应用范围更加广泛,下面将 收稿日期:2001-09-22 基金项目:江苏省教委自然科学研究项目(99K JB460005) 作者简介:凌 祥(1967-),男(汉族),江苏东台人,副教授,主要从事过程装备先进再制造技术、新型高效过程设备和计算机辅助工程(CA E)的研究与开发。
板翅式换热器
铝制板翅式换热器介绍 1. 概述 板翅式换热器的出现把换热器的换热效率提高到了一个新的水平，同时板翅式换热器具有体积小、重量轻、可处理两种以上介质等优点。目前，板翅式换热器已广泛应用于石油、化工、天然气加工等行业。 2. 基本结构 板翅式换热器的板束单元结构如图所示，它的每一层都是由翅片、隔板和封条三部分组成。在相邻的两隔板间放置翅片及封条组成的夹层，称为通道。将这样的夹层根据介质的不同流动方式叠置起来钎焊成整体，即组成板束。再在板束上配置适当的介质进出口的导流片和封头，就组成了一个完整的板翅式换热器 。 由此可以看出，一台典型的板翅式换热器主要组成元件有翅片、隔板、封条、导流片和封头等。 a-翅片 翅片是铝板翅式换热器的基本元件，传热过程主要通过翅片热传导及翅片与流体之间的对流传热来完成。翅片的主要作用是扩大传热面积， 提高换热器得紧凑性，提高传热效率，兼做隔板的支撑，提高换热器的强度和承压能力。翅片间的节距一般从1mm~4.2mm ，翅片的种类和型式多种多样，常用的形式有锯齿型、多孔型、平直型、波纹型等，国外还有百叶窗式翅片、片条翅片、钉状翅片等。 b-隔板 隔板是二层翅片之间的金属平板，，它在母体金属表面覆盖有一层钎料合金，在钎焊时合金熔化而使翅片、封条与金属平板焊接成一体。隔板把相邻两层隔开，热交换通过隔板进行，常用隔板一般厚1mm~2mm 。 c-封条 封条在每层的四周，其作用是把介质与外界隔开。封条按其截面形状可分为燕尾槽形、槽钢形和腰鼓形三种。一般，封条的上下两个侧面应具有0.3/10的斜度，以便在与隔板组合成板束时形成缝隙，利于溶剂的渗透和形成饱满的焊缝。 d-导流片 导流片一般布置在翅片的两端，在铝板翅式 换热器中主要是起流体的进出口导向作用，以利于流体在换热器内的均匀分布，减少流动死区，提高换热效率。 e-封头 封头也叫集流箱，通常由封头体、接管、端板、法兰等零件经焊接组合而成。封头的作用是分布和集聚介质、连接板束与工艺管道。 另外，一台完整的板翅式换热器还应包括支
多流体换热器
理工学院毕业设计外文资料翻译 专业：热能与动力工程 姓名：刘立家 学号：071650211 外文出处：Energy Conversion and Management 附件： 1.外文资料翻译译文；2.外文原文。
附件1：外文资料翻译译文 多股流换热器的热力计算 M. Pic_on-N_u~nez a,*, G.T. Polley b, M. Medina-Flores c a Institute for Scientific Research, University of Guanajuato, Lascurain de Retana no. 5, Guanajuato, Gto., Mexico 摘要：本文介绍了多股流换热器板和鳍类型的热力计算。虽然最初在低温过程中使用，但它的应用已经向外扩展到超高温过程，结果表明，多股流换热器可以取代整个热回收网络。它基于焓的温度曲线对比图或复合曲线，这能说明多股流换热器怎样把对应焓间隔分开和预测入口和出口流体的焓。板翅换热器中的逆流安排的设计目的是：把最大化允许压力的设计方法推广到多流体换热器。该方法用到压力降，传热系数和换热器体积的热工水力模型，该方法的潜在适用性已经在一个案例研究中显示出来。 关键词：多股流换热器，翅板换热器，复合曲线，热水力模型。 1．简介 多股流换热器首先应用在同时传输超过两种冷热流体的低温过程[1]。这种类型的换热器为了实现这种目标采用了外壳、螺旋管、板、翅。外壳和螺旋器能够处理一个冷流体对应两个或多个热流体，反之亦然，板翅式换热器的几何结构设计在同一个单元里能处理两种以上的热流体和冷流体。 命名 A 表面传热面积m2 Ac 自由流通面积m2 a 传热系数比率(公式(8)) b 传热指数(公式(8)) Cp 热容量(J/kg℃) CP 热容流率(W/℃) dh 水力直径(m) F 摩擦系数 fs 表面积比总面积 H 焓(kW)
板翅式换热器
英文名称：plate-fin heat exchanger传热元件由板和翅片组成的换热器。 编辑本段特点： （１）传热效率高，由于翅片对流体的扰动使边界层不断破裂，因而具有较大的换热系数；同时由于隔板、翅片很薄，具有高导热性，所以使得板翅式换热器可以达到很高的效率。 （２）紧凑，由于板翅式换热器具有扩展的二次表面，使得它的比表面积可达到1000㎡/m3。 （３）轻巧，原因为紧凑且多为铝合金制造，现在钢制，铜制，复合材料等的也已经批量生产。 （４）适应性强，板翅式换热器可适用于：气－气、气－液、液－液、各种流体之间的换热以及发生集态变化的相变换热。通过流道的布置和组合能够适应：逆流、错流、多股流、多程流等不同的换热工况。通过单元间串联、并联、串并联的组合可以满足大型设备的换热需要。工业上可以定型、批量生产以降低成本，通过积木式组合扩大互换性。 （５）制造工艺要求严格，工艺过程复杂。 （６）容易堵塞，不耐腐蚀，清洗检修很困难，故只能用于换热介质干净、无腐蚀、不易结垢、不易沉积、不易堵塞的场合。 编辑本段结构： 通常由隔板、翅片、封条、导流片组成。在相邻两隔板间放置翅片、导流片以及封条组成一夹层，称为通道，将这样的夹层根据流体的不同方式叠置起来，钎焊成一整体便组成板束，板束是板翅式换热器的核心，配以必要的封头、接管、支撑等就组成了板翅式换热器。 编辑本段制造工艺： 板翅式换热器的制造工艺有如下几种：非焊接的粘接、有溶剂的盐浴钎焊、无溶剂的真空钎焊和气体保护钎焊。 编辑本段应用： 用于空分设备的换热器； 石油化工的乙烯装置、合成氨装置、天然气液化与分离等装置中； 用于深低温的氢、氦、制冷、液化设备中；
板翅式换热器在空分设备中的应用情况
板翅式换热器在空分设备中的应用情况 简单介绍了板翅式换热器的发展过程及现状，对板翅式换热器的结构和基本元件，以及在空分设备中的具体应用进行了详细叙述。 关键词：板翅式换热器;翅片;空分设备;应用 1.板翅式换热器简介 板翅式换热器作为一种紧凑式换热器具有结构紧凑、质量小和传热效率高等优点。由于板翅式换热器技术要求高，生产难度大，目前只有英国、美国、法国、中国、日本和德国6个国家从事板翅式换热器工业化生产。在我国，板翅式换热器已在空气分离、石油化工(乙烯、合成氨、天然气分离和液化)、动力机械及航天等领域得到广泛应用。国外从20世纪30年代开始研制板翅式换热器，50年代开始在空分设备中应用。自60年代以来，随着冶金、化学工业对空分设备的大量需要，板翅式换热器的研究、设计和制造也得到了迅速的发展。在我国，铝制板翅式换热器由杭氧等单位在20世纪60年代中期研制成功，并首先在空分设备上得到应用。20世纪90年代初，杭氧引进国外某公司大型真空钎焊炉和板翅式换热器的制造技术，使杭氧在板翅式换热器制造技术上得到飞速发展。杭氧现在不仅能生产低压换热器，还能生产高压换热器(最高设计压力达8.OMPa)。2003年5月，杭氧新建一座大型真空钎焊炉，可生产尺寸规格为 7500mmx1300mmx1300mm的超大型板翅式换热器，生产技术水平跃上一个新台阶。 2.板翅式换热器结构与基本元件 2.1板翅式换热器结构 在板翅式换热器的芯体部分由翅片、封条和隔板组成(如图l所示)。在相邻两隔板之间放t翅片、导流片和封条，组成一个夹层，称为通道。将这样的夹层根据各换热流体的不同流动方式适当地排列叠置，钎焊成一个整体，便组成了板翅式换热器的芯体。芯体部分是板翅式换热器进行换热的核心部分，再配置必要的封头、接管和支承就组成了板翅式换热器。
板翅式换热器的数值模拟研究
板翅式换热器的传热和流动阻力特性数值模拟研究 1课题背景及研究意义 1.1研究背景 随着科学技术日新月异的发展，作为换热关键设备之一的换热器也越来越倍受人们的关注，各种高效、节能的新型换热器应运而生。板翅式换热器作为一种典型的新型换热器，以其独特的优点，占据了换热设备领域的一席之地，广泛的应用于能源、动力、化工、冶金、机械、交通、原子能、航空和航天等领域，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[1]。板翅式换热器显著优点是传热效率高，紧凑轻巧，适应性大，可在200℃到绝对零度的温度区间内工作。缺点是制造工艺复杂，要求严格，容易堵塞，不耐腐蚀，清洗检修较困难。板翅式换热器首先应用于航空、汽车工业，早在1930年英Marston Excelsier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，20世纪40年代中期出现了铝质浸焊板翅式换热器。1942年美Norris R.H.首先进行平直翅片、波纹翅片、锯齿翅片的性能研究。20世纪50年代，板翅式换热器开始在空气分离设备中得到应用，这使得板翅式换热器的实验研究、设计制造得到有力得推动，板翅式换热器开始向大型化、高压、多种用途、各种材料的方向延伸。近年来，对板翅式换热器的理论计算，优化设计，制造工艺以及实验研究方兴未艾，尤其是一些新技术的渗透，使其应用范围进一步拓宽，进入了一个新的发展时期。国内外的研究指出：引起该类换热器性能下降的主要因素为物流分配的不均匀、轴向导热及温度场的不均匀，而三者中物流分配不均匀的影响是最重要的[2]。由于流体从入口进入换热器内部经历了多次流通面积的变化，从大通道到微细通道流体流量多次分配，结果进入翅片通道后各通道之间、各流动层之间存在严重的不均匀现象，物流分配的不均匀导致换热的不均匀，因而成为板翅式换热器性能下降的主要原因。对板翅式换热器的研究发现[3]：NTU在4～50范围内，由于物流分配的不均匀可导致换热器效能下降 3.5～9.54%。如何保证与完善板翅式换热器优良的传热性能是换热器研究与设计人员的重要任务，对板翅式换热器的研究与改进，使其更能进一步体现这一高效换热器的优势，具有重要的工程意义与理论价值。物流分配不均匀现象还存在于各类流动与换热设备之中，特别是热交换器和化学反应器中，由于在该类工业设备中存在着热量和质量的交换过程，流体分配的不均匀就意味着对传热和传质过程造成影响，甚至于恶化。而由于传热和传质过程的存在，当温度场或者浓度场不均匀时也导致物理过程的不平衡，反而又会影响流体流动的不均匀。如此的复合过程，交叉耦合，互相影响。因此，研究物流分配均匀性分布必须和传热传质过程耦合起来，特别是局部的流场分布特征与微观的传热传质过程互相依赖。此外，换热设备的入口结构对来流的流场分布起着至关重要的作用，来流的均匀性分布是保证换热设备内部流场均匀的前提。对于不同的入口结构型式，不同的来流条件和流体特性，流场的均匀性也是不同的。因此开展换热器物流分配的研究对于探明换热器内部传热与流动之间的相互依赖关系，搞清楚温度场分布与流场分布的内在联系，具有科学意义。对于改善换热器结构，提高其换热效率，具有明显的社会和经济价值。 1.2课题研究的实际意义 2、本课题研究领域国内外的研究动态及发展趋势： 板翅式换热器是一种紧凑式的高效换热器，它具有结构紧凑、轻松、传热效率高等特点，广泛地用于石油化工、空气分离、低温工程、船舶、车辆及原子能等行业。随着钎焊及真空钳焊技术的发展，工艺的完善，材料质量的提高及材料种类的拓展[1.2]，其制造成本不断下
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。 2.换热器设计参数 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2400W/m2·K； 冷流体：介质为三元冷剂，设计压力2.6MPa，进口工作温度10℃，出口工作温度21.5℃，设计温度65℃，传热系数1900W/m2·K。 换热器为逆流换热形式，由于工作时甲烷进口温度有可能出现温度瞬间上升到一百多摄氏度的情况，故热流体的设计温度最终取为150℃。由于假设温度的提高，极端情况下，换热器热端冷热流体的温度分别为21.5℃和150℃，经过简