热交换理论与中冷器

交换heat exchange 又称换热
  热能从热流体间接(例如经过间壁)或直接传向冷流体的过程。
  性质复杂,不但要考虑经过间壁的热传导,而且要考虑到间壁两边流体对流传热,有时还须考虑到辐射传热
  在化学工业中常遇到的热交换问题,一般是温度不高,但种类很多,计算也很繁复。
  工业中的换热方式主要有间壁式、蓄热式和混合式三种。
热交换的方式
热交换主要用热交换器来进行
  热交换器 是用于空调排风能量回收的节能设备。其主要部件是外壳体,换热芯体和过滤器。由于换热芯体中采用有传热传透性能的材质,所以应用于空调系统时可以利用排风在夏季时预冷干燥新风,在冬季时预热加湿新风,使新风负荷显著降低,从而节省冷热系统能耗,对小系统规模,节省运行费和降低峰值用电量都十分有利。其全热交换效率与换热芯
  体的结构特征,通过风量,通过芯体的两股空气的风量比值以及进风参数有关。
膜式空气全热交换器
  可以利用室内排风中的能量来预冷(热)引入的室外新风,从而达到降低新风系统能耗的目的。将全热交换器应用与中央空调系统中,不但可以提高室内空气品质,而且可以有效地降低新风负荷,减少冷热源设备的装机容量,提高空调系统运行效率、节省系统运行费用等
  为求省能与舒适性两方面均能兼顾,更须能一边进行热交换一边进行换气的全热交换器
直角交叉型锯齿板鳍片式的气对气全热交换器
  是最具代表性的一种全热交换器素材,采用特殊加工的隔板与间隔板所构成。给气与排气的气流路径完全被隔板所分开,使给气与排气不会混合在一起,能常保导入新鲜的外气。经由全热交换器素材的特殊加工纸,利用其所具有的热通过与透湿性等各种性质,排气与给气通过全热交换器素材时温度(显热)的热传达做热传导的交换;利用水蒸气分压差湿度(潜热)透过隔板的特殊加工纸进行全热的交换
全热交换器是新风换气机的一种,这种设备不需要主机提供冷热源,直接回收空调房间空气进行换热,号称节能环保.健康建筑的标配,空调的理想搭档.
热交换器  heat exchanger
定义1:能在一定结构和一定工况下进行热量交换的设备。
所属学科:船舶工程(一级学科);船舶机械(二级学科)
定义2:能使具有温差的两种流体交换热量的装置。
所属学科:电力(一级学科);通论(二级学科)
heat-exchange equipmentheat exchanger
又称换热器换热设备。使两种流体间进行热量交换而实现加热冷却等目的的设备
一般是用固体间壁(传热面)将不同温度的流体隔开。也有的使两种流体在器内直接接触而进行热量交换。
根据作用原理可分为间壁式换热器蓄热式换热器混合式换热器
根据使用目的可分为冷却器加热器冷凝器汽化器
根据结构材料可分为金属材料换热器和非金属材料换热器。
根据传热面的形状和结构可分为管式换热器板式换热器外墙保温用锚栓>格宾笼挡墙。
热交换理论与中冷器
理论
中冷器是一种热交换器,就是能使两种或两种以上的流体不直接接触,但是热量或能量却发生了相互传递的设备。1986/87制造的Turbo Regals,另外还有 Turbo TAs, GMC Syclones 滴胶标牌 Typhoons 都是用来冷却从涡轮增压器出来的热压缩空气。Turbo RegalsTurbo Tas用外来空气作为冷却介质; Syclones Typhoons却用水。 Turbo Regals1985制造,那时还没有中冷器作为初始设备。
在气缸阀门全开时,来自涡轮增压的压缩热空气大约在120 and 175℃之间,这取决于涡轮
增压器、增压压力、外面空气的温度等因素。我们想把热空气冷却,目的是减少它的体积,使更多的空气进入气缸,减少发动机的爆炸的可能性。
中冷器是如何工作的?热空气从涡轮增压器流经中冷器的冷却管,把热量传给冷却管,冷却管被加热,同时热空气冷却下来。外面的冷空气(或水)流过冷却管和附着在冷却管上的散热带时就把热量带走了。热量就这样通过加热的管子和散热带传给外面的冷空气,热空气在加热外面冷空气的同时也被冷空气冷却了,这就是增压热空气被冷却的全过程。总之,热量通过冷却管和附着在冷却管上的散热带传递给的外面的冷空气。
几个有用的等式将帮助我们明白包含于热传导过程的要点。这些等式适用于任何热传导问题,包括散热器、冷凝器,而不仅仅适用于中冷器。等我们明白了这此等式的含义后,我们就能判断哪些因素是重要的,哪些因素是次要的,我们就能讨论其中的意义。
等式1
等式1描述了整个热传导过程。
Q = U×A×DTlm
Q——中冷器的散热量
U——传热系数,它表示中冷器热传导的好坏,数值越大,热传导就越好。
A——散热面积,包括中冷器冷却管与散热片暴露在空气中的表面积。
DTlm——对数平均温差,客观上它可以称为热传导的“驱动力”,或者可以称为冷热流体的整个平均温差。其等式表示为
DTlm = (DT1-DT2)  * F/  ln(DT1/DT2)
 
其中DT1 = 中冷器进气温度冷风出口温度
          DT2 =中冷器出气温度冷风进口温度
            F = 校正参数, 具体取值见下面描述
说明:
冷风流经中冷器高温区时冷风温度就高,流经中冷器低温区时冷风温度就低,我们所说的
冷风出温度是把所有冷出空气都混合在一起的平均温度。
F 是一个校正参数,用来说明这样一事实,冷空气从中冷器背面流出时的温度比另一侧要低。要计算它,必须先计算"P" and "R"
P = (热进温度-热出温度)/(热进温度-冷进温度),即散热效率
      R =(冷出温度-s100无人机冷进温度)/(热进温度-热出温度)
再根据"P" "R"对照下图,定出F的具体值
整个等式告诉我们如何提高中冷器的散热性能。为了得到低的中冷器出口温度,要求中冷器散发掉更多的热量,换名话说,就是使Q值大一点。为了使Q值大一点,就必须使U, A, 或者DTlm大一点,以便使它们的乘值大一点。
等式2
这个等式用来计算流体的放热量或吸热量
Q = m×Cp×DT
Q—传导的热量,  可以把它与第一个等式中的Q理解成同一个值。如果有5000 BTU的热量从增压空气传给冷空气 ,那么这个等式中的Q = 5000,同样第一个等式的Q 也等于5000
m—流体的质量流量,单位:lbs/minute
Cp—空气的比热,用来度量流体每升高一度所需要吸收的热量的能力,空气的比热是0.25左右,而水是1左右 。如果一镑的空气吸收10 BTU 的热量,温度将上升40℃,而吸收同样
的热量,水的温度仅能上升10℃。水吸收的能量的能力较一般流体大,这就是散热用水作介质和原因之一。
DT—进出气温度的差值
如果你知道等式中4个参数中的任3个,你就能算出第4个参数的值。虽然你不能测量每一参数值,但你能通过这个等式把它计算出来。
警告:
这个方程式适用于所有稳定状态的热传递,而不是在我们最感兴趣的加速状态。在公路上行驶被定义为稳定状态。在跑道的末端你也可能看到这种状态。如很多人在邮件中列出的,中冷器本身的材料温度会升高当阀门全部打开的时候,所吸收的热量大于从这个方程式计算出的热量。例如在中冷器未工作时表面的温度为37.7℃,在全负荷工作时的表面温度为79.4,中冷器材料温度的升高就会吸收来自增压气体的热量。中冷器材料温度的温度在变化时,说明中冷器还未处于稳定状态,在稳定状态时冷空气吸收的热量应等于热空气的放热量。哪么需要多长时间才能实现稳定状态?我不知道,但是我看过中冷器跑1/4英里的温度曲线图,在接近但不到1/4英里末端的时候,中冷器的出口温度达到稳定状态。
现在让我们来研究一下两个等式,看它们能真正告诉我们什么?
1、在两种流体间存在较大的温差时(或称为驱动力),热传导效果就好,在等式 1中体现要有大的DTlm。如果两流体间的温差越小,热传导效果就越差。要求中冷器的出口温度与外部空气温度的越接近,对数平均温差就会越小,热传导效果就越差。
2、中冷器的出口温度和外部气体温度的差值被称为近似值。如果外部气体温度为37.7℃,而经中冷器冷却的热空气到进气歧管的温度到60度,那么你得到一个近似值22.3℃(60-37.7=22.3)。为了得到一个小的近似值,就不得不加大中冷器的散热面积或提高中冷器的传达热系数,但是这又牵涉到一个递减的问题。等式1可以改成Q/DTlm = U x A。每次DT1m下降时(获得一个更高的温度近似值),那么Q就增加(传递更多的热量,获得一个更低的出口温度)。用QDT1m,比通过变化U x A增大的速度要快的多。结果是我们有一个递减的情况;每增加1度的近似值,你需要更多的U x A。近似值从30度变到20度,你需要提高U x A的数值,如果从20变到10,那么需要变化U x A到更大的数值。
3通讯仪、我认为20度的近似值比较好。对于工业用热交换器,通过增大面积来增加热交换能力从成本上考虑变得不经济。有一次我检验我的车(普通的增压器stock turbo, stock IC, port
ed heads, 大的凸轮),我获得的近似值为60度。对于现有的中冷器增加DT1m唯一可行的方法是在冷天行驶,如果你买一个好点的中冷器,自然你就会有一个更好的DT1m值。
4、你可以通过增大传热面积来获得更多的传热量。这意味着购买具有更多管子、更多散热带、更长的管子(或三者兼有)的中冷器。这是大部分的售后服务市场中冷器努力的目标。
一个可行的方案是增加散热带的峰数。散热带的面积是中冷器散热面积的一部分,散热带峰数越多就意味着更多的散热面积。增加散热带的峰数,中冷器的散热面积肯定是提高了,那是好的,但是冷风通过中冷器芯子的阻力会变大,导致通过中冷器芯子的冷风流量会降低,那就不好了。看第二个方程式Q = m * Cp * DT, 当散热带峰数增多时,那么空气流量“m”就会降低,为了达到一定量的Q,你就必须有一个较大的DT,那就意味着你要使空气的温度升高的更多。那样的话就会影响第一个方程式里面的DT1m,使它变得更小,从而降低了总的热传递效果。因此必须一个最适合的平衡点:开始时,在冷却管上加散热带,散热量不断上升,因为中冷器增加了散热面积增加了,不断的增加散热带峰数,直到由于冷风流量减少而导致中冷器散热量开始减少。此时,你还要增加中冷器散热量,就必须通过增加中冷器的正面积来增大中冷器散热面积。
5、增加Udsp解密值。你可以通过增加或改进管子内“紊流片”来提高U值。紊流片可以引导热空气在管子内盘旋,使得热量更有效的传递到冷却管上。我们的中冷器设计是这样的,但我知道现在已有了更高效率的设计。一个最有效的增加U的方法是把管子洗干净!管子内的油膜(来自差的增压密封面或阀盖)起着绝热器或热障的作用,它阻碍热量从空气传递到管壁。这在等式的U得到体现,小的U意味着增压空气通过中冷器散发出去的热量更小。

本文发布于:2024-09-23 11:25:48,感谢您对本站的认可!

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