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针对冷却器的换热效果的分析

  冷却器作为船上的主要换热设备对全船的安全运行起到枢纽的作用。它的结构相对其他设备较为简朴,主要由螺杆、压板、底座、板片等组成。它广泛地作为大型舰船主机缸套水、滑油冷却器以及中心冷却器。几十年来得到了很大的发展。各大厂家都将精力放在如何进步冷却器的换热效果上。
  因为冷却器的板片结构直接影响了冷却器的机能。本文将对现有的冷却器的一系列板片参数对冷却器机能的影响进行探讨,以求为进一步的研究提供一些鉴戒。
由传热系数的表达式可知,板片的厚度δ越小,冷却器的传热效果越好,冷却器的尺度,提出冷却器的板片厚度在0.6~0.8mm,目前行业最薄的钛板板片已经达到0.4mm。板片再做薄对进步换热效果不会太显著,而主要的是为了减少本钱,降低材料的消耗,但薄板片在压制后强度会相对减小。
  冷却器进步k值的主要方法之一是进步板片两侧换热介质表面的流体扰动程度。冷却器的板片通常加工成人字波纹板。对于人字形波纹板片,人字角的大小对传热和流体阻力影响很大。人字角大的板片传热系数高、流体阻力亦大;反之人字角小的板片传热系数和阻力都低。120°人字角的波纹传热效果最好,角度越小或者变大,传热效率都会变低,通常的中心冷却器与缸套水冷却器采用120°人字角板片,以达到最大的换热效果。
  在船用滑油冷却器中,因为滑油的粘度高于水的粘度,假如全使用120°大夹角的板片会造成流体阻力大,而60°小夹角板片的传热系数低。因此滑油冷却器往往使用2种板片混装的方式,在充分利用答应压降的情况下,这种称之为换热混合设计,其换热面积可达到最优效果。
  流体在板间活动,其流速是不平均的,在主流线上的流速,约为均匀流速的4~5倍,在一个流程内每个流道的流速也不平均。为使流体在板间活动时,出于充分湍流状态,宜取板间的均匀流速0.3~0.8m/s。在阻力降容许的情况下取大值,以进步对流传热膜系数,从而减小换热面积,进步换热效率。通常按照给定的流速选择出板片恰当的单片面积与长宽比,这样的选型方法是控制板间流速的枢纽因素。
结语
(1)通过冷却器的传热模型分析出了影响冷却器传热系数k值的几个枢纽因素:传热膜系数α、板厚δ。而板片的特征长度与板间的雷诺数Re决定着传热膜系数α的大小。
(2)详细分析了目前冷却器板片(板片厚度、板片夹角和板间流速)的研究方向。
(3)经由分析,在后续的工作中还需要依据传热学和流体力学的相关原理对冷却器进行改进和优化。
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