【文章內(nèi)容簡介】 多用銅和鋁合金制造，它結(jié)構(gòu)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 30176。以上。大多數(shù)中冷器都采用鋸齒形翅片。 ② 管翅式中冷器 管翅式的結(jié)構(gòu)是在板翅式結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上發(fā)展而來，其熱氣側(cè)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(cè)。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(cè)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(yīng)用。 ㈡水冷式中冷器結(jié)構(gòu) 目前普遍使用的水冷式中冷器是采用管片式結(jié)構(gòu)。近幾年來俄羅斯引進技術(shù)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(yīng)用。 ① 管片式中冷器 管片式中冷器是在許多水管上套上一層層的散熱片，經(jīng)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，合肥工業(yè)大學本科畢業(yè)論文 7 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(yīng)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(jié)構(gòu)參數(shù)對中冷器性能影響很大。由于水側(cè)的對流換熱系數(shù)通常是氣側(cè)的對流換熱系數(shù)的 10 倍以上，因此氣側(cè)的散熱面積應(yīng)為水側(cè)的散熱而積的 10 倍以上。無論水側(cè)還是氣側(cè)，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。 ② 冷軋翅片管式中冷器 冷軋翅片管是由單金屬管或內(nèi)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(nèi)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。其缺點是在同樣體積下冷卻表面積較小，空氣阻力損失較大。同樣是設(shè)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。 2． 2 板翅式熱交換器的構(gòu)造和工作原理 1)基本單元 圖 板翅單元 1— 隔板； 2— 翅片； 3— 封條 合肥工業(yè)大學本科畢業(yè)論文 8 如圖 ，隔板、翅片及封條三部分構(gòu)成了板翅式熱交換器的結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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 、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 。 圖 不同流型的板束通道 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 板翅式熱交換器 合肥工業(yè)大學本科畢業(yè)論文 9 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(shè)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(shè)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(wù)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(gòu)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。以下介紹其中的幾種常 用型式： 圖 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 ①平直翅片 又稱光滑翅片，是最基本的一種翅片。圖 (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，合肥工業(yè)大學本科畢業(yè)論文 10 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(cè)或發(fā)生相變 )的場合。此外，翅片的強度要高于其他類型的翅片。故在高原板翅式換熱器中用得較多。 ②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 (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(yīng)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(cè) )的場合。 ③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 (c))。多孔翅片開孔率一段在 5％～ 10％之間，孔徑與孔距無一定關(guān)系。孔的排列有長方形、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Φ 2． 1Φ 91． 7，孔距為 6． 5mm、 3． 25mm 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(nèi) (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(zhì)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粒或相變換熱的場合。 ④波紋翅片 它的結(jié)構(gòu)示于團 (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—— 平直翅片， 65—— ， 21—— ， 03—— 。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(cè)外流。它的上下面均具有 的斜度，以便在組成板束時形成縫隙，利于釬劑滲透。它的結(jié)構(gòu)形式很多．最常用的為如圖 3． 26所 示的燕尾形、燕尾槽形、矩形三種 . 合肥工業(yè)大學本科畢業(yè)論文 11 圖 封條形式 圖 導流片與封頭 圖 導流片布置的幾種形式 (2)導流片和封頭 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(shè)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(jié)構(gòu)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 。 根據(jù)各種結(jié)構(gòu)型式的板翅式熱交換器，導流 片可布置成如圖 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(cè)的封頭內(nèi)。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(nèi)。Ⅲ型布置主要是用于熱交換器端部敞開或僅有一個封頭情況下。Ⅳ型是為了滿足把封頭布置于兩側(cè)而設(shè)計的。 V型布置是為滿足管路布置需要而采用的。應(yīng)注意到設(shè)置導流片并不一定能完全克服流體在流道內(nèi)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(guān)。 (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 ～ ，含硅合肥工業(yè)大學本科畢業(yè)論文 12 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 l～ 2mm，最簿為 。板翅式熱交