板翅式换热器设计
Plate-fin Heat Exchanger
章节的主要内容
一、绪论 二、板翅式换热器的应用 三、板翅式换热器的结构 四、板翅式换热器的制造流程 五、板翅式换热器的测试方法 六、换热器的设计计算
§一、 绪论
1 发展概述
二十世纪三十年代，英国的马尔斯顿·艾克歇尔 瑟（Marston Excelsior）公司首次开发出铜及铜合金 制板翅式换热器，并将其用作航空发动机散热器。
❖ 灵活性及适应性大：
1）两侧的传热面积密度可以相差一个数量级以上， 以适应两侧介质传热的差异，改善传热表面利用率；
2）可以组织多股流体换热(可达12股，这意味着工 程、隔热、支撑和运输的成本消耗降低)，每股流的 流道数和流道长都可不同；
3）最外侧可布置空流道（绝热流道），从而最大 限度地减少整个换热器与周围环境的热交换。
（3）代号
各翅片均采用我国汉语拼音符号和数字统一表示：
例： PZ 平直翅片 DK 多孔翅片 BY 百叶窗翅片 JC 锯齿翅片 BW 波纹翅片
例：
65PZ4203 表示:翅高6.5mm
平直翅片 节距（或翅片间距）4.2mm， 厚度0.3mm
3 流动形式
通道以不同方式的叠置和排列可形成不同的流 动形式
平直翅片特点是有很 长的带光滑壁的长方 型翅片，传热与流动 特性类似于流体在长 圆型管道中的流动。
锯齿翅片特点是流体的 流道被冲制成凹凸不平， 从而增加流体的湍流程 度，强化传热过程，故 被称为“高效能翅片”。
多孔翅片是在平直翅片 上冲出许多孔洞而成的， 常放置于进出口分配段 和流体有相变的地方。
板翅式换热器结构图
2 翅片作用及类型
（1）作用
翅片是板翅式换热器最基本的元件，传热主要是 依靠翅片来完成，一部分直接由隔板来完成。
而翅片传热不像隔板是直接传热，故翅片有“二 次表面”之称。
翅片除承担主要的传热任务外，还起着两隔板间 的加强作用。
（2）类型
❖ 翅片有锯齿形、平直形、多孔形等多种结构型式，可根 据不同的操作条件来选择合适的翅片型式； ❖ 翅片的扩展面和翅片对流体的扰流能力决定了热交换能 力； ❖ 因此板翅式换热器具有结构紧凑、轻巧及传热效率高等 特点。
此后，各种金属材料的板翅式换热器相继出现 在工程应用中，唯以铝合金材料为主。
我国是从60年代初期开始试制的。首先用于空 分制氧，制成了第一套板翅式空分设备。
近几年来，在产品结构、翅片规格、生产工艺 和设计、科研方面都有较大发展，应用范围也日趋 广泛。
2 优缺点－优点
❖ 传热效率高，温度控制性好
翅片的特殊结构，使流体形成强烈湍流，从而 有效降低热阻，提高传热效率。其传热系数也比列 管式换热器高5-10倍。
2 优缺点－缺点
❖ 流道狭小，容易引起堵塞而增大压降；当换热器结 垢以后，清洗比较困难，因此要求介质比较干净。
❖ 铝板翅式换热器的隔板和翅片都很薄，要求介质对 铝不腐蚀，若腐蚀而造成内部串漏，则很难修补。
❖ 板翅式换热器的设计公式较为复杂，通道设计十分 困难，不利于手工计算；这也是限制板翅式换热器应 用的主要原因。
波纹翅片是在平直翅 片上压成一定的波纹， 促进流体的湍动，波 纹愈密，波幅愈大， 其传热性能愈好。
百叶窗式翅片又称鳞 片式翅片或切断式翅 片，其特点是翅片上 冲有等距离的百叶窗 式的栅格，向内流道 凸出，起到强化传热 的作用。
板翅式换热器有钎焊式和扩散焊两种基本结合 型式。大多数热交换工况采用的是真空钎焊的铝制 板翅式换热器，对于腐蚀性较高的介质，有真空钎 焊的不锈钢板翅式换热器和钛板翅式换热器。
二、 板翅式换热器应用
空气分离装置 可逆式换热器，冷凝蒸发器，液化器，
液氮和液态空气过冷器；
石油化工 在天然气的液化、分离装置，及合成氨工
业中逐步获得应用；
动力机械 内燃机车散热器，汽车散热器、挖掘机
循环油冷却器和压缩机空冷器、油冷器，动力传动液 压系ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ油散热器
原子能和国防工业 氢液化器和氮液化器。
错流
逆流
错逆流
§ 板翅式换热器的制造工艺
铝制板翅式换热器的整个制造过程都要求有极 高的技术水平，严格的质量控制和检测措施。
制造过程包括零件准备、板束组装、钎焊和封 头接管氩弧焊接等工序。
工艺过程如下图所示。
生产流程Flow(1)
生产流程Flow(2)
生产流程Flow(3)
生产设备Equipment
测试试验---气密性试验
测试设备---氦气检漏仪
氦气检漏仪 Helium leak test
测试设备---爆破试验台
测试设备---冷热冲击试验台
冷热冲击试验台
Thermo shock test Adaptability
Test

WUXI JIALONG HEAT EXCHANGER STOCK
先进的真空 钎焊设备
生产设备Equipment
翅片冲压 Extrude Fin
剪板 Cut Plate
生产设备Equipment
数控加工
自动焊机
清洗（washing）
装配、焊接、检验Assembly 、Welding、Test
§ 板翅式换热器的测试
水压试验 气密性试验 爆破试验 压力脉冲试验 冷热交变试验 风洞试验
传热效率与功耗比低，可精确控制介质温度。
❖ 结构紧凑
传热面积密度可高达17300 m2/m3，一般为管 壳式换热器的6-10倍，最大可达几十倍。
❖ 轻巧，经济性好
翅片很薄，而结构很紧凑、体积小、又可用铝 合金制造，因而重量很轻(可比管壳式换热器降低 80%)，故成本低。
❖ 可靠性高
全钎焊结构，杜绝了泄漏可能性。同时，翅片兼 具传热面和支撑作用，故强度高。
测试设备---脉冲试验台
脉冲试验台 Pulsation test
机车水冷式中冷器
风冷式换热器
压缩机风冷式油、气换热器
工程机械风冷式油换热器 风冷式气冷却器
液压传动液压油冷却器
空分主换热器
冷凝蒸发器
机车风冷式油换热器
水冷式中冷器
无油机换热器
中冷器
真空泵用油冷却器
冷干机
冷干机
电厂用风冷却器
§ 3-2 板翅式换热器的结构
1 基本结构
板翅式换热器由芯体、封头、接管和支座组成。 热交换由芯体完成，因此最关键的部件是芯体。 芯体由翅片、隔板、封条和导流片组成。