【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 焊。因各層翅片方向互錯(cuò) 90176。，兩個(gè)不同方向的翅片分別形成了兩種錯(cuò)流換熱介質(zhì)的通道。板翅式中冷器大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(duì)阻力要求特別嚴(yán)格的場(chǎng)合。為了增強(qiáng)氣流的擾動(dòng)，破壞邊界層以強(qiáng)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(duì)促進(jìn)流體的湍動(dòng)，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(shì)在熱氣側(cè)。由于采用成型管材，簡(jiǎn)化了工藝，避免了翅片和隔板之間的虛焊及工作振動(dòng)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(diǎn)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(jìn)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(diǎn)，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(xué)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(yàn)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(jī)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(duì)中冷器性能影響很大。由于水側(cè)的對(duì)流換熱系數(shù)通常是氣側(cè)的對(duì)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(duì)流換熱系數(shù)越大，但流動(dòng)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(jī)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(zhǎng)期振動(dòng)工作條件下 也不會(huì)脫開。將翅片管用漲管法固定在端板上 ， 整個(gè)加工過程不用焊接，不存在虛焊和長(zhǎng)期振動(dòng)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(diǎn)就是接觸熱阻小，傳熱系數(shù)高，工作可靠性好。其缺點(diǎn)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(jì)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(xué)本科畢業(yè)論文 8 如圖 所示，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(dòng)，通過翅片及與翅片連成一體的隔板進(jìn)行熱交換。因而，這樣的結(jié)構(gòu)基本單元體也就是進(jìn)行熱交換的基本單元。將許多個(gè)這樣的單元體根據(jù)流體流動(dòng)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 所示為常用的逆流、錯(cuò)逆、錯(cuò)逆流板束。一般情況下，從強(qiáng)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(qiáng)度 層或工藝層 )。在板束兩端配置適當(dāng)?shù)牧黧w出入口封頭，即可組成一臺(tái)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(dǎo)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(xué)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(jìn)行。正常設(shè)計(jì)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(jiǎn)易的平板式熱交換器了。美國(guó)加利福尼亞大學(xué)和埃姆茲航空實(shí)驗(yàn)室分別對(duì)沒有翅片和有翅片的熱交換器進(jìn)行試驗(yàn)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(jì)的翅片效率最低為 70％時(shí)，其重量可減少 10％。翅片除承擔(dān)主要的傳熱任務(wù)外，還起著兩隔板之間的加強(qiáng)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(qiáng)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(diǎn)是有很長(zhǎng)的帶光滑壁的長(zhǎng)方形翅片，當(dāng)流體在由此 形成的流道中流動(dòng)時(shí)、其傳熱特性和流動(dòng)特性與流體在長(zhǎng)的圓管中的傳熱和流動(dòng)特性相似。這種翅片的主要作用是擴(kuò)大傳熱面，合肥工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)論文 10 但對(duì)于促進(jìn)流體湍動(dòng)的作用很少。相對(duì)于其他翅片，它的特點(diǎn)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(chǎng)合。此外，翅片的強(qiáng)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(cuò)開一定的間隔而形成的間斷式翅片 (圖 (b))。這種翅片對(duì)促進(jìn)流體的湍動(dòng)，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(zhǎng)度而變化，切開長(zhǎng)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(qiáng)化傳熱 (尤其是氣側(cè) )的場(chǎng)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?？椎呐帕杏虚L(zhǎng)方形、平行四邊形和正三角形二種，我國(guó)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(huì)出現(xiàn)吸音和振動(dòng)。翅片上開孔能使流體在翅片中分布更加均勻，這對(duì)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(dǎo)流片及流體中夾雜顆?；蛳嘧儞Q熱的場(chǎng)合。 ④波紋翅片 它的結(jié)構(gòu)示于團(tuán) (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(dòng)方向，以促進(jìn)流體的湍動(dòng)，分離或破壞熱邊界層。其 效果相當(dāng)于翅片的折斷，波紋愈密，波幅愈大，其傳熱性能就愈好。我國(guó)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(hào)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—— 翅高， 21—— 節(jié)距， 03—— 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(dòng)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(shí)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(xué)本科畢業(yè)論文 11 圖 封條形式 圖 導(dǎo)流片與封頭 圖 導(dǎo)流片布置的幾種形式 (2)導(dǎo)流片和封頭 為了便于把流體均勻地引導(dǎo)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(dǎo)流片。導(dǎo)流片也起保護(hù)較薄的翅片在制造時(shí)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(dǎo)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(dǎo)流 片可布置成如圖 型式。圖中 I 型主要是由于在熱交換器的端部有兩個(gè)以上的封頭，因此要用導(dǎo)流片把流體引導(dǎo)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(gè)以上的封頭，需要把一股流體引導(dǎo)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(gè)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(jì)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(dǎo)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?yàn)榉峙涫欠窬鶆蜻€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(xué)本科畢業(yè)論文 12 5％～ 12％的釬料合金。所以又稱金屬?gòu)?fù)合板，在釬焊時(shí)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(jī)械方法布覆于鋁材表面，