发布时间 : 星期四 文章6135柴油机空冷器的设计更新完毕开始阅读e3f8b859a32d7375a517804d
合肥工业大学本科毕业论文
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。
2．3 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35～350 W／(m2·℃)，油强迫对疏时可达115～1745W／(m2·℃)，水沸腾时可达1745～35000 W／(m2·℃)。翅片为0.2～0.3mm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1500～2500m2／m3，最高可达4370 m2／m3。在耐压方面，国外的产品已可承受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2～9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—273℃～＋500℃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15％～50％.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3]。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。
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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。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)
qmb=qb（空气流量）+qt(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
?k?v=1.0,?k=0.9 (kg/m3)
?h=
?23.14?1352?148?10?9=0.002117m3 D?S=44zin?k?knvvh6?3000?0.5?0.9?1?0.002117==0.285
6060qb?一般取qt?(1?1.3)qb 现取qt?qb
?qmb =0.285?2=0.57 中冷器进口空气温度 Tb=160℃ 中冷器出口空气温度 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Δpb=3000 (Pa) （根据柴油机性能参数） 冷却空气压力损失容许值Δpw=3000 (Pa) （同上）
增压空气比热容 Cpb=1009 (J/kg·K) （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/kg·K) （同上）
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3．2 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pe 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) 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
A1=xyB318.6=9.3?1.2 ?=0.0024m2 （3-1） S1.4通道层数 (n-1) ?0.2+1.2n=318.6 （3-2） n=214
A=0.0024?214=0.512m2
(5) n层通道的总传热面积
2?(x?y)BIn2?(1.2?9.3)?318.6?318.6?214?10?92?326mF== ?3S1.4?10 （3-3） n层通道的一次传热面积F1?F1?xF x?y1.2?326=38m2
1.2?9.3n层通道的二次传热面积F2?F2?yF x?y9.3?326?288.7m2
1.2?9.3 16
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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)=0.57×1.009×100?103?57673.4 (W) (3-4) 冷却空气出口温度:
T57673.4a2=（Ta1+Q）?Cpaqma=(48.5+273)+1.002?103?1=379.5 (K) (3-5)
冷却空气平均温度:
Tam=(Ta1+Ta2)? 2=
48.5?273?379.52 =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 ρ3a=1.073(kg/m) 导热系数 λa=2.87×10-2(W/m·K) 运动粘度 νa=18.56×10-6(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:
T160?273?60?273bm=(Tb+Ts)? 2=
2=383 (3-8)
密度:
(100?0.3)?103ρb=（pb-Δpb?2)? 287.4Tbm=2287.4?383=0.9 (kg/m3) (3-9) 式中: Δpb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:
νb=1.717×10-5×[Tbm?273]0.683/ρb (3-10)
=1.717?10?50.9?(383?273)0.683 (m2/s)
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