毕业设计（论文）柴油机空冷器的设计.doc

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1、摘 要柴油机气缸中的空气密度不仅决定于增压空气压力，而且还与进入气缸的气温有关。新鲜空气在涡轮增压器中虽提高了压力，但气温也伴随着空气压缩而上升，气体热胀的结果抵销了气压升高的一部分效果。实践表明：如使进入气缸前的增压空气冷却，则柴油机增压的效果会更好。例如，进入气缸的增压空气每降温10C，约可使柴油机功率提高2.53，油耗降低23克马力小时,排气温度降低，柴油机受热机件酌热状态得到改善涡轮叶片也可在接受的排气温度下工作，这使得柴油机的工作可靠性和经济性有所提高。因此，在增压器压气机蜗壳出口到进入柴油机气缸之间的空气通道上有必要设置增压空气中间冷却器(简称中冷器)。课题主要任务就是在6135柴

2、油机的废气涡轮增压系统中如何设计配置中间空气冷却器，从而使其在任何工况下都能获得比较理想的工作状态，并寻求在拖拉机上配用废气涡轮增压柴油机的增压中冷器设计成果。关键词：柴油机；空冷器；涡轮增加Abstract Cylinder diesel engine in the air density is determined not only boost air pressure, but also with the temperature into the cylinder. Fresh air in while in the turbocharger increases pressure, co

3、mpressed air is accompanied by temperature rise, the result of thermal expansion of gas more than offset the higher part of the pressure effect. Practice shows that: if so pressurized air into the cylinder before the cooling, the supercharged diesel engine with better results. For example, pressuriz

4、ed air into the cylinder every cool 10 C, about diesel power could increase 2.5 to 3%, fuel consumption decreased 2 to 3 g / hp-hr, lower exhaust temperature, engine heat to heat the discretion of the state to improve parts. Turbine blades can also be accepted to work under the exhaust temperature,

5、which makes the engine work has increased the reliability and economy. Therefore, scroll turbocharger compressor cylinder diesel exports to enter the air channel between the need to set the pressurized air intercooler (the intercooler). The main task is to issue emission 6135 diesel turbo system, ho

6、w to design configure the middle of the air cooler, so that it can be in any condition more satisfactory working conditions, and seek the tractor is equipped with exhaust gas turbocharger Turbocharged diesel engine design results. Key words: diesel engine; air cooler; turbine to increase 目 录第一章 引言11

7、.1 本课题的意义及现阶段发展的趋势11.2 课题的提出和主要任务31.3 增压中冷器的主要性能参数4第二章 增压中冷器的概述52.1 中冷器的冷却方式及结构52.1.2 中冷器的冷却方式5212 中冷器的结构622 板翅式热交换器的构造和工作原理723 增压中冷器采用板翅式结构的优缺点14第三章 中冷器的设计计算153.1 原始参数1532 几何结构尺寸确定和计算:163.3 传热系数计算173.4 用对数平均温差法校核散热面积193.5 用效率()传热单元数(NTU)法校核增压193.7 压力校核20第四章 结论21参考文献22致 谢23第一章 引言1.1 本课题的意义及现阶段发展的趋势能

8、源是我国国民经济的基础, “九五”期间我国大力推进节能技术进步,加强节能管理取得了显著的成绩,但与世界先进水平相比仍有相当大的差距。缺电、缺水、缺油严重。节约能源成为各国的当务之急，当然实现节能的手段是多种多样,由于世界上燃煤、石油、天然气资源储量有限而面临着能源短缺的局面，各国都在致力于新能源开发，因而热交换器的应用又与能源的开发(如太阳能、地热能、海洋热能)与节约紧密相联系。所以，热交换器的应用遍及动力、冶金、化工、炼油、建筑、机械制造、食品、医药及航空航天等各工业部门有它不但是一种广泛应用的通用设备并且在某些工业企业中占有很重要的地位。中冷器在工业生产中的应用极为普通，例如涡轮增压的发动

9、机为何会比普通发动机拥有更大的动力，其中原因之一就是其换气的效率比一般发动机的自然进气更高。当空气进入涡轮增压后其温度会大副升高，密度也相应变小，而中冷器正是起到冷却空气的作用，高温空气经过中冷器的冷却，再进入发动机中。如果缺少中冷器而让增压后的高温空气直接进入发动机，则会因空气温度过高导致发动机损坏甚至死火的现象。所以现在增压中冷器的发展已经越来越显著的影响到柴油机的工作效率热交换器的应用方面还有动力工业中锅炉设备的过热器、省煤器、空气预热器电厂热力系统中的凝汽器、除氧器、结水加热器、冷水塔；冶金工业中高炉的热风炉，炼钢和轧钢生产工艺中的空气或煤气预热；制冷工业中蒸汽压缩式制冷机或吸收式制冷

10、机中的蒸发器、冷凝器；制糖工业和造纸工业的糖液蒸发器和纸浆蒸发器，都是热交换器的应用实例。在化学工业和石油化学工业的生产过程中，应用热交换器的场合更是不胜枚举。在航空航天工业中，为了及时取发动机及辅助动力装置在运行时所产生的大量热量，热交换器也是不可缺少的重要部件。在各个生产领域中，要挖掘能源利用的潜力，必须合理组织热交换过程并利用和回收余热，这往往和正确地设计与使用热交换器密不可分。 根据热交换器在生产中的地位和作用，它应满足多种多样的要求。一般来说，对其基本要求有： (1)满足工艺过程所提出的要求，热交换强度高，热损失少。在有利的平均温差下工作。 (2)要有与温度和受力条件相适应的不易遭到

11、破坏的工艺结构制造简单，装修方便经济合理，运行可靠。 (3)设备紧凑。这对大型企业、航空航天、新能源升发和余热回收装置更有重要意义(4)保证较低的流动阻力，以减少热交换器的动力消耗。随着生产规模的扩大和生产技术的现代化，热交换器技术的研究必须满足各种情况特殊而又条件苛刻的要求。因而各国在组织大规模工业生产的同时,都很重视热交换器的研究。并组织了较强的专业研究中心。例如早在20世纪60年代就在传热工程领域内出现了有影响的两大国际性研究集团，即1962年成立的美国传热研究公司(H eat Transfer Research Inc，简称HTRl)和l968年成立的英国传热及流体流动服务公司(Hea

12、I Transfer & Fluid Flow Service，简称HTPS。)在我国也有兰州石油机械研究所、通用机械研究所等一些单位。在热交换器的研究和设计方面进行了多年的工作，推动了我国热交换器的设计和改进、技术标淮的制订和推广。热交换器的发展为传热学研究提供了日渐广泛而深刻的课题而传热学的研究又为热交换器在传热性能和设计方面提供切实有效的数据和计算方法。因此热交换器相传热机理之间的关系是互相促进、不可分割的。当前世界上每年发表有关传热及传热设备的文章约在六、七千篇以上，一些国际性传热会议、国内学术讨论会(例如中国工程热物理学会及各有关分会的学术讨论会、有关行业的学术讨论会上都有一定数量的

13、热交换器讨论专题)国内还曾多次举行热交换器研究的学术会议，均反映了传热学及传热设备的研究一直受到学术界和工程界的普遍重视。20年代末期，荷兰WerksFoor(韦克斯浦尔)公司成功地制造了一台四冲程、十字头式、用活塞下部作增压泵的机械增压柴油机，并将其安装在安格洛萨克桑石油公司的“梅加拉号”油轮上，取得预期效果。与此同时，人们用外部传动的罗茨鼓风机或离心式压气机等来提高进入气缸的空气压力。1927年,在智利海拔1200m的一个电站，有七台MAN公司的B6V90型柴油机采用了电力传动罗获鼓风机增压，每台柴油机功率为1100kw。近10多年来，随着直喷和电控技术的出现，车用汽油机性能有了很大提高，

14、欧、美、日的发展趋势相同。以日本为例，增压车用汽油机，最大平均有效压力由1986年的176MPa变为1995年的2.00MPa，提高382；最大升功率由1986年的772kw/L变为1995年994kw/L，提高286。与此同时，货车汽油机的涡轮增压器寿命已达100万km。欧、美、日的汽车排放法规越来越严。CO,HC,NOx的排放值与未控制前比较：美国下降95、96和90；日本下降95、96%和92；欧洲下降85和78(HC十NOx)。目前，我国增压技术已步人一个新的阶段，生产规模、工艺水平、匹配技术等方向都有所进步，主要表现在：1)生产能力有较大幅度增长。2)涡轮增压器性能有较大幅度改善。3

15、)匹配技术有较大幅度提高.4)增压模拟计算技术进入新的水平。5)增压中冷技术正在深入研究。6)新型增压系统正在积极开发。内燃机为人类做出了巨大的贡献，但排放也污染了大气。增压是内燃机解决排放的根本技术措施之一，大力推广增压技术将成为我国步人工业先进国家行列的重要标志，其中中冷器的作用很关键。1.2 课题的提出和主要任务柴油机气缸中的空气密度不仅决定于增压空气压力，而且还与进入气缸的气温有关。新鲜空气在涡轮增压器中虽提高了压力，但气温也伴随着空气压缩而上升，气体热胀的结果抵销了气压升高的一部分效果。实践表明：如使进入气缸前的增压空气冷却，则柴油机增压的效果会更好。例如，进入气缸的增压空气每降温1

16、0C，约可使柴油机功率提高2.53，油耗降低23克马力小时,排气温度降低，柴油机受热机件酌热状态得到改善涡轮叶片也可在接受的排气温度下工作，这使得柴油机的工作可靠性和经济性有所提高。因此，在增压器压气机蜗壳出口到进入柴油机气缸之间的空气通道上有必要设置增压空气中间冷却器(简称中冷器)。课题主要任务就是在6135柴油机的废气涡轮增压系统中如何设计配置中间空气冷却器，从而使其在任何工况下都能获得比较理想的工作状态，并寻求在拖拉机上配用废气涡轮增压柴油机的增压中冷器设计成果。1.3 增压中冷器的主要性能参数增压空气流量 qmb=0.57 (kg/s)中冷器进口空气温度 Tb=160中冷器出口空气温度

17、 Ts=60冷却介质流量 qma=1.14 (kg/s)冷却介质进口温度 Ta1=40增压空气压力损失容许值pb=3000 (Pa)增压空气压力损失容许值=3000 (Pa)增压空气比热容 Cpb=1009 (J/kgK)冷却介质比热容 Cpa=1002 (J/kgK)几何结构尺寸:翅片高H 9.5翅片厚度 0.2翅片间距S 1.4当量直径 2.12内距X 1.4-0.2=1.2单元有效长度L 300内高y 9.5-0.2=9.3(1) 当量直径2.12m(2) 通道的自由流通面积A 0.512(3) n层通道的总传热面积F 326n层通道的一次传热面积 38n层通道的二次传热面积 288.7

18、第二章 增压中冷器的概述2.1 中冷器的冷却方式及结构2.1.2 中冷器的冷却方式目前应用的中冷器都采用错流外冷间壁式冷却方法，根据冷却介质的不同，有水冷式和风冷式两大类。水冷式冷却根据冷却水系的不同又分以下两种方式。 用柴油机冷却系的冷却水冷却这种冷却方式不需另设水路，结构简单。柴油机冷却水的温度较高，在低负荷时可对增压空气进行加热，有利于提高低负荷时的燃烧性能;但在高负荷时对增压空气的冷却效果较差。因此，这种方式只能用于增压度不大的增压中冷柴油机中。 用独立的冷却水系冷却柴油机有两套独立的冷却水系，高温冷却水系用来冷却发动机，低温冷却水系主要用于机油冷却器和中冷器。这种冷却方式冷却效果最好

19、，在内燃机车用、船用和固定用途柴油机中普遍应用。风冷式冷却根据驱动冷却风扇的动力不同分为以上两种方式。 用柴油机曲轴驱动风扇 这种方式适用于汽车用柴油机，把中冷器设置在冷却水箱前而，用柴油机曲轴驱动冷却风扇和汽车行驶时的迎风同时冷却中冷器和水箱。车用柴油机普遍采用这种冷却方式，但在低负荷时易出现充气过冷现象。 用压缩空气涡轮驱动风扇 由压气机分出一小股气流驱动一个涡轮，用涡轮带动风扇冷却中冷器，由于驱动涡轮的气流流量有限，涡轮做功较少，风扇提供的冷却风量较少，显然其冷却效果较差。由于增压压力随负荷变化，因此这种冷却方式的冷却风量也随负荷变化，低负荷时风量小，高负荷时风量大，有利于兼顾不同负荷时

20、的燃烧性能。且其尺寸小，在车上安装方便，在军用车辆上也有应用。212 中冷器的结构风冷式中冷器结构风冷式中冷器是用环境空气来冷却增压后的高温空气，由于热侧和冷侧换热介质均为空气，两侧的对流换热系数在同一数量级，因此两侧的换热面积应大致相同，风冷式中冷器的结构有扁管式板翅式和管翅式几种。扁管式中冷器在扁管外围设有散热片，增压空气在管内流动，冷却空气在管外流动，山于热气侧换热而积太小，使中冷器传热效率低，应用很少。应用较多的是板翅式和管翅式中冷器。 板翅式中冷器 板翅式中冷器的结构是在厚0.50.8mm的薄金属板之间，钎焊由厚0.10.3mm的薄金属板制成的翅片，两端以侧限制板封焊。因各层翅片方向

21、互错90，两个不同方向的翅片分别形成了两种错流换热介质的通道。板翅式中冷器大多用铜和铝合金制造，它结构紧凑，传热而积大，效率高。光直翅片换热系数和阻力损失都比较小，只用在对阻力要求特别严格的场合。为了增强气流的扰动，破坏边界层以强化传热，可以采用锯齿翅片或多孔翅片等翅片型式。其中锯齿翅片对促进流体的湍动，破坏热阻边界十分有效，传热系数比光直翅片高30以上。大多数中冷器都采用锯齿形翅片。 管翅式中冷器管翅式的结构是在板翅式结构的基础上发展而来，其热气侧通道是多孔的成型管材。与板翅式相比，它的主要优势在热气侧。由于采用成型管材，简化了工艺，避免了翅片和隔板之间的虚焊及工作振动中的脱焊所造成的接触热

22、阻，提高了传热效率和工作可靠性。其缺点是热气侧只能是光直的通道，难以采用扰流措施。目前管翅式中冷器己得到越来越多地应用。水冷式中冷器结构目前普遍使用的水冷式中冷器是采用管片式结构。近几年来俄罗斯引进技术的冷轧翅片管式中冷器由于具有使用可靠性好、传热系数大等优点，也开始受到重视与应用。 管片式中冷器管片式中冷器是在许多水管上套上一层层的散热片，经锡钎焊或堆锡焊焊接在一起。冷却水管和散热片采用紫铜或黄铜制造。水管的排列有叉排和顺排两种，水管截而的形状有圆形、椭圆形、扁管形、滴形和流线形等。其中圆管工艺性和可靠性较好，但空气的流通阻力较大，使空气压力损失较大。滴形和流线形管虽然空气阻力较小，但由于工

23、艺性和可靠性较差，目前很少应用。椭圆管与圆管和扁管相比，具有较高的传热系数和较小的空气阻力，其工艺性和可靠性不及圆管但优于扁管。试验表明，椭圆管较圆管传热系数约高10%，空气阻力损失约小18% ,所以在柴油机上多采用椭圆管作中冷器的水管。中冷器冷却元件的结构参数对中冷器性能影响很大。由于水侧的对流换热系数通常是气侧的对流换热系数的10倍以上，因此气侧的散热面积应为水侧的散热而积的10倍以上。无论水侧还是气侧，流通而积越小，则流速越大，对流换热系数越大，但流动阻力损失也越大。 冷轧翅片管式中冷器冷轧翅片管是由单金属管或内硬外软的双金属管在专用轧机上轧制而成。通常，单金属管用紫铜或铝;双金属管的内

24、管用黄铜，外管用铝。双金属管在轧制过程中使两种金属牢固地贴合在一起，几乎没有间隙，即使在长期振动工作条件下也不会脱开。将翅片管用涨管法固定在端板上，整个加工过程不用焊接，不存在虚焊和长期振动工作后的脱焊现象。因此，冷轧翅片管中冷器的主要优点就是接触热阻小，传热系数高，工作可靠性好。其缺点是在同样体积下冷却表面积较小，空气阻力损失较大。同样是设计合理的中冷器，与水管为椭圆管的管片式相比，传热系数提高约30%，冷却表而积减少约30%，从而保持相同的散热能力;其空气阻力损失与水管为圆管的管片式大致相同。22 板翅式热交换器的构造和工作原理1)基本单元 图2.1 板翅单元 1隔板；2翅片；3封条如图2

25、.1所示，隔板、翅片及封条三部分构成了板翅式热交换器的结构基本单元。冷、热流体在相邻的基本单元体的流道中流动，通过翅片及与翅片连成一体的隔板进行热交换。因而，这样的结构基本单元体也就是进行热交换的基本单元。将许多个这样的单元体根据流体流动方式的布置叠置起来，钎焊成一体组成板翅式热交换器的板束或芯体。图2.2所示为常用的逆流、错逆、错逆流板束。一般情况下，从强度、热绝缘和制造工艺等要求出发，板束顶部和底部还各留有若干层假翅片层(又称强度层或工艺层)。在板束两端配置适当的流体出入口封头，即可组成一台板翅式热交换器，如图2.3。 图2.2 不同流型的板束通道 1平板；2翅片；3封条；4分配段；5导流

26、片；6封头；7板束；8封头；9封头 图2.3 板翅式热交换器2)翅片作用和形式翅片是板翅式热交换器的最基本元件。冷热流体之间的热交换大部分通过翅片，小部分直接通过隔板来进行。正常设计中，翅片传热面积大约为热交换器总传热面积的6788。翅片与隔板之间的连接均为完善的钎焊，因此大部分热量传给翅片，通过隔板并由翅片传给冷流体。由于翅片传热不像隔板那样直接传热，故翅片又有“二次表面”之称。二次传热面一般比一次传热面的传热效率低。但是如果没有这些基本的翅片就成了无波纹的最简易的平板式热交换器了。美国加利福尼亚大学和埃姆兹航空实验室分别对没有翅片和有翅片的热交换器进行试验证明，有翅片比没有翅片的热交换器体

27、积减少了18以上。假如设计的翅片效率最低为70时，其重量可减少10。翅片除承担主要的传热任务外，还起着两隔板之间的加强作用。尽管翅片和隔板材料都很薄，但由此构成的单元体的强度很高，能承受较高的压力。翅片的型式很多，如：平直翅片、锯齿翅片、多孔翅片、波纹翅片、钉状翅片、百叶窗式翅片、片条翅片等。以下介绍其中的几种常用型式： 图2.4 常用翅片类型（a）平直翅片 （b）锯齿式翅片 （c）多孔翅片 （d）波纹翅片平直翅片 又称光滑翅片，是最基本的一种翅片。图2.4(a)所示为其中的一种。它可由薄金属片滚轧(或冲压)而成。平直翅片的特点是有很长的带光滑壁的长方形翅片，当流体在由此形成的流道中流动时、其

28、传热特性和流动特性与流体在长的圆管中的传热和流动特性相似。这种翅片的主要作用是扩大传热面，但对于促进流体湍动的作用很少。相对于其他翅片，它的特点是换热系数和阻力系数都比较小，所以宜用于要求较小的流体阻力而其自身传热性能又较好(如液侧或发生相变)的场合。此外，翅片的强度要高于其他类型的翅片。故在高原板翅式换热器中用得较多。锯齿翅片 它可以看作平直翅片被切成许多短小的片段，相互错开一定的间隔而形成的间断式翅片(图2.4(b)。这种翅片对促进流体的湍动，破坏热边界层十分有效。在压力损失相同的条件下，它的传热系数要比平直翅片高30以上，故有“高效能翅片”之称。锯齿形翅片传热性能随翅片切开长度而变化，切

29、开长度越短，其传热性能越好，但压力降增加。在传热量相同的条件下，其压力损失比相应的平直翅片小。该种翅片普遍用于需要强化传热(尤其是气侧)的场合。多孔翅片 它是在平直翅片上冲出许多圆孔或方孔而成的(图2.4(c)。多孔翅片开孔率一段在510之间，孔径与孔距无一定关系。孔的排列有长方形、平行四边形和正三角形二种，我国目前采用的多孔翅片，孔径为215、917，孔距为65mm、325mm正三角形排列。翅片上的孔使传热边界层不断破裂、更新，提高了传热效果。它在雷诺数比较大的范围内(10一10)具有比平直翅片高的换热泵效，但在高雷诺效范围会出现吸音和振动。翅片上开孔能使流体在翅片中分布更加均匀，这对于流体

30、中杂质颗粒的冲刷排除是有利的。多孔翅片主要用于导流片及流体中夹杂颗粒或相变换热的场合。波纹翅片 它的结构示于团2.4(d)上。它是在平直翅片上压成一定的波形(如人字形，所以又称人字形翅片)，使得流体在弯曲流道中不断改变流动方向，以促进流体的湍动，分离或破坏热边界层。其效果相当于翅片的折断，波纹愈密，波幅愈大，其传热性能就愈好。我国常用的组片有平直、多孔和锯齿形翅片三种，并用汉语拼音符号和数字统一表示翅片的型式与几何参数。如65PZ2103，则表示PZ平直翅片，656.5mm翅高，212.1mm节距，030.3mm翅厚。如是多孔形，则为DK，锯齿形则为JC，几何参数表示法相同。(1)封条封条作用

31、是使流体在单元体的流适中流动而不向两侧外流。它的上下面均具有0.15mm的斜度，以便在组成板束时形成缝隙，利于钎剂渗透。它的结构形式很多最常用的为如图 326所示的燕尾形、燕尾槽形、矩形三种.图2.5 封条形式 图2.6 导流片与封头 图2.7 导流片布置的几种形式(2)导流片和封头 为了便于把流体均匀地引导到翅片的各流道中或汇集到封头中，一般在翅片的两端均设有导流片。导流片也起保护较薄的翅片在制造时不受损坏和避免通道被钎剂堵塞的作用。它的结构与多孔翅片相同，但其翅距、翅厚和小孔直径比多孔翅片大。封头的作用就是集聚流体，使板束与工艺管道连接起来。导流片与封头的示意图如图2.6。根据各种结构型式

32、的板翅式热交换器，导流片可布置成如图2.7所示的几种型式。图中I型主要是由于在热交换器的端部有两个以上的封头，因此要用导流片把流体引导到端部一侧的封头内。型布置是由于在热交换器端部有三个以上的封头，需要把一股流体引导到中间封头内。型布置主要是用于热交换器端部敞开或仅有一个封头情况下。型是为了满足把封头布置于两侧而设计的。V型布置是为满足管路布置需要而采用的。应注意到设置导流片并不一定能完全克服流体在流道内分配不均匀的问题，因为分配是否均匀还与流体的状态有关。(3)隔板与盖板 隔板材料是在母体金属(铝锰金属)表面覆盖一层厚约0.10.4mm，含硅512的钎料合金。所以又称金属复合板，在钎焊时合金

33、熔化而使翅片与金属平板焊接成整体。为了钎焊方便，可将钎料轧制成薄片再用机械方法布覆于铝材表面，成为一种钎焊用复合板即双金属复合板。隔板厚度一般为l2mm，最簿为0.36mm。板翅式热交换器板束最外侧的板称为盖板，它除承受压力外还起保护作用，所以它的厚度一般为56mm。它与翅片的焊接多数采用板下加焊片的方法，焊片厚度与隔板复合层相同。(4)流道的布置形式 按运行工况要求可将流体布置成逆流、顺流、错流、错逆流(或称多程流)等多种形式。 逆流 在板翅式热交换器中实现逆流有三种型式(图2.8)。其中，逆流1、2型(图2.8的上、中两图)为两种流体的逆流布置，而3型(下图)为多达五种流体的逆流布置。逆流

34、形式用得最普遍。顺流 如图2.9所示，这种流动形式应用较少，主要用在加热时需要避免流体被加热(或冷却)到高(或低)于某一规定温度的场合。错流 如图2.10所示，也是最基本的一种布置方式。从传热上考虑这种布置并无突出优点，但它常能使热交换器布置合理而被采用。空分装置中将它用于一侧相变或温度变化很小的场合。图2.8逆流布置示意图混流 在一个热交换器中，某些流体间是错流，而另外一些流体间是逆流它的最大优点是能同时处理几种流体的热交换并合理分配各种流体的传热面积。采用这种形式可以将几个热交换器并成一个，使设备的布置更加紧凑，生产操作更方便，使热(冷)量损失减少到最小程度但它制造比较困难。在石化、气体分

35、离设备中被大量地采用。 图2.9 顺流布置示意图 图2.10 错流布置示意图 图2.11 错逆流布置示意图(5)组装结构 图2.12 并联组装示意图 由于板翅式热交换器在制造时截面积和长度都受到钎焊工艺的限制，因此在使用中，单个板束的热交换器往往不能满足需要(目前最大的板束单元尺寸约为1200mm1200 mm7000mm)，则经常采用将多个相同的板束串联或并联，组成一个大型的板翅式热交换器的组装体。在组装体中，可采用并联组装、串联组装和串并联混合组装。并联组装(图2.12)用集流管及分配管将其连成一个整体。23 增压中冷器采用板翅式结构的优缺点板翅式增压中冷器主要有以下五大特点:一,传热效率

36、高。二,结构紧凑.三,轻巧而牢固.四,适应性大.五,经济性好板翅式热交换器的传热强度高，主要是由于翅片表面的孔洞、缝隙、弯折等促使湍动，破坏热阻大的层流底层，所以特别适合于气体等传热性能差的流体间传热。据资料介绍，空气强迫对流换热时换热系数可达35350 W(m)，油强迫对疏时可达1151745W(m)，水沸腾时可达174535000 W(m)。翅片为0.20.3mm厚的铝合金材料，布置得很密，所以使得板翅式热交换器不仅结构很紧凑，而且轻巧牢固。单位体积的传热面积通常比管壳式热交换器大5倍以上，最大可达几十倍。其紧凑度一般为15002500mm，最高可达4370 mm。在耐压方面，国外的产品已

37、可承受10 MPa以上的操作压力。板式热交换器还有一个突出优点是可允许有29种流体同时换热。这种热交换器可在逆流、顺流、错流和错逆流等情况下，以及在273500的温度范围内使用，还可以通过单元之间串联、并联、串并联的组合来满足大型设备的换热需要。由于大多数选用在低温下具有良好机械性能的铝合金制造，故特别适用于空气分离和天然气分离，其使用压力范围也很大，而在重量上要比管壳式轻得多，约为1550.由于结构紧凑、体积小、又因采用全铝结构，所以重量轻，故成本大为降低。据报导板翅式换热器成本不超过17500美元米。在深度冷冻技术中用板翅式换热器分离纯产品，不仅可以节约大量贵重的钢材，而且比用其它型式换热

38、器都经济。板翅式热交换器的主要不足之处是流道狭小，容易引起堵塞而增大压力降。由于不能拆卸，一但结垢，清洗就很困难。由于热交换器的隔板和翅片都由很薄的铝板制成，若腐蚀而造成内部串漏，则很难准确找到漏的地方，即使找到内漏位置也很难修补。所以，它适用于换热介质干净、对铝不腐蚀、不易结垢、不易沉积、不易堵塞的场合。目前，以改性增强的聚四氟乙烯为材料的非金属板翅式换热器已研制成功，能解决耐蚀问题，此外，不锈钢板翅式换热器也已得到应用，使工作压力、工作温度提高，并能改善抗蚀性能。第三章 中冷器的设计计算 中冷器的设计计算一般是根据使用要求,对于已设计好的中冷器进行校核计算，如不能满足要求,则重新进行设计。

39、计算时根据所校核的参数不同分为两种情况：其一,主要校核散热面积能否满足设计要求,这种情况下具体计算时通常采用对数平均温差法；其二,主要校核增压空气和冷却介质在中冷器出口的温度是否在使用要求的范围内,此时通常采用效率(E)传热单元数(NTU)法以上两种情况还均需校核增压空气和冷却介质的流动损失等参数。3.1 原始参数增压空气流量 qmb=0.57 (kg/s)=（空气流量）+(燃气流量)根据任务书中的参数(即6135柴油机)对于增压柴油机,一般取=1.0,=0.9 (kg/)=S=0.002117=0.285一般取 现取 =0.2852=0.57中冷器进口空气温度 Tb=160中冷器出口空气温度

40、 Ts=60冷却介质流量 qma=1.14 (kg/s) 冷却介质进口温度 Ta1=48.5 增压空气压力损失容许值pb=3000 (Pa) （根据柴油机性能参数）冷却空气压力损失容许值=3000 (Pa) （同上）增压空气比热容 Cpb=1009 (J/kgK) （中冷器进出口温度，利用线性差查书高等教育出版社工程热力学）冷却介质比热容 Cpa=1002 (J/kgK) （同上）32 几何结构尺寸确定和计算:查阅文献3选用尺寸参数为以下：翅片高H 9.5翅片厚度 0.2翅片间距S 1.4当量直径 2.12内距X 1.4-0.2=1.2单元有效长度L 300内高y 9.5-0.2=9.3(4)

41、 通道的自由流通面积A 先选取中冷器机芯总体尺寸为长318.6,宽为318.6,高为300的立方体=9.31.2 =0.0024 （3-1）通道层数 (n-1) 0.2+1.2n=318.6 （3-2） n=214A=0.0024214=0.512(5) n层通道的总传热面积F= （3-3）n层通道的一次传热面积=38n层通道的二次传热面积3.3 传热系数计算求平均温度下冷却空气的热物理性质中冷器的换热量: Q=qmbCpb(Tb-Ts)=0.571.00910057673.4 (W) (3-4)冷却空气出口温度:Ta2=（Ta1+Q）Cpaqma=(48.5+273)+=379.5 (K)

42、(3-5)冷却空气平均温度:Tam=(Ta1+Ta2) 2= =350.5 (K) (3-6)根据冷却空气的平均温度Tam从文献1和文献2中查表求取冷却空气的以下参数:密度a=1.073(kg/m3)导热系数a=2.8710-2(W/mK)运动粘度a=18.5610-6(m2/s)普朗特数Pra=0.697求平均温度下增压空气的热物理性质 增压空气的平均温度:Tbm=(Tb+Ts) 2=383 (3-8)密度:b=（pb-pb2) 287.4Tbm=0.9 (kg/m3) (3-9)式中: pb初步近似用容许值代替参考文献9 以下所有公式都采用文献9中提到的计算方法和公式：运动粘度:b=1.7

43、1710-5Tbm2730.683/b (3-10)=383273 (m2/s)导热系数: b=2.4410-2Tbm2730.82=2.4410-23832730.82 =3.210-2(W/mK) (3-12)普朗特数: Prb=bCpbbb=2.310090.9(3.210-2)=0.68 (3-13)计算冷却空气侧的对流换热系数冷却空气的流速: Ca=qma (Faa)=1.140.512=2.2(m/s) (3-14)冷却空气通道当量直径:Da=4=40.512(214 2115)=0.019(m) (3-15)冷却空气的雷诺数:Rea=caDaa=2.20.19(2210-6)=2

44、892 (3-16)冷却空气的努谢尔特数:Nua=0.023Rea0.8Pra0.4=0.02328920.80.1.44450.4=19.5 (3-17)（由雷诺数确定，冷却空气流动属于层流）冷却空气侧的对流换热系数:Ha=NuaaDa=19.53.110-20.02=30.26 (W/m2K) (3-18)计算增压空气侧对流换热系数增压空气通道当量直径:Db=2xy (x+y)=40.521(14214214)=0.02(m) (3-19)增压空气的流速:Cb=qmb (Fbb)=0.570.512=1.11(m/s) (3-20)增压空气的雷诺数:Reb=CbDbb=1.110.02(2.310-6)=965 (3-21)增压空气的努谢尔特数:Nub=0.023Reb0.8Prb0.3=0.0239650.80.680.3=5 (3-22) (上式适用于紊流状态)增压空气侧的对流换热系数:hb=NubbDb=53.210-20.02=8(W/m2K) (3-23)污垢热阻增压空气侧污垢热阻可取:r1=000035(m2K/W)冷却空气侧污