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在板翅式换热器（PFHE）设计中平衡流速与通道层数，需要结合传热需求与压降限制。具体操作可参考以下步骤：
1. **明确设计边界条件**
- 记录工艺参数：流体流量（工况流量需换算至操作状态下的体积流量）、允许压降（通常主侧≤50kPa，次侧≤30kPa）、温差要求（对数平均温差LMTD控制在15-30℃较经济）
- 收集物性数据：重点关注粘度（影响Re数）、比热容（影响热负荷）、导热系数（影响传热系数）
2. **初选流速范围**
- 液体介质：空分过冷器常用液氧/液氮，建议流速0.8-1.5m/s（兼顾传热与防振动）
- 气体介质：主换热器侧建议3-8m/s（避免过低压降导致设备体积过大）
3. **结构参数预设**
- 翅片选型：锯齿翅片（传热系数比平直翅片高30%）、高度6-12mm（过冷器常用9.5mm）
- 流道布置：确定错逆流方式（空分常用逆流+多股流布置）
4. **核心计算流程**
（1）单通道流通面积计算：
A_channel=翅高×翅间距×（1-翅片占空比）
例：9.5mm高翅片，2mm间距，0.2mm厚铝翅片，占空比=0.2/(2+0.2)=9.1%
（2）总流通面积A_total=体积流量Q/初设流速v
（3）通道层数N=Round(A_total/A_channel)（需向上取整保证换热面积）
5. **压降校核关键点**
ΔP=0.5×f×(L/Dh)×ρv + 局部阻力
- 摩擦系数f：Re＜2000时按层流计算，Re＞3000用Gnielinski公式
- 当量直径Dh=4A_channel/湿润周长
- 局部阻力包含进出口损失（通常占10-20%总压降）
6. **迭代优化策略**
（1）首轮计算后若压降超标：
- 优先调整翅片参数（增大间距可降低压降但需增加层数）
- 次选降低流速（需验证能否满足传热需求）
（2）传热不足时处理：
- 改用强化翅片（如穿孔翅片传热系数提升15-25%）
- 增加通道层数需同步核算压降
7. **工程经验修正**
- 层数控制：空分过冷器常用20-40层，单层压降宜控制在1-2kPa
- 流速余量：设计值应留10%调节空间应对工况波动
- 制造约束：层数需符合钎焊工艺限制（通常单台≤60层）
8. **手算简化技巧**
（1）采用修正的Kays&London关联式：
Nu=0.023Re^0.8Pr^0.4×(翅片特性修正系数)
（2）压降速算公式：
ΔP=(2.5×10^-5)×L×v^1.8/Dh^1.2 （适用于铝制锯齿翅片，单位kPa）
案例：液氧过冷器设计
工况参数：流量15m/h，允许压降35kPa，冷端温差5℃
试算过程：
1. 取v=1.2m/s
2. 9.5mm翅片通道截面积0.0017m
3. 理论层数=15/(3600×1.2)/0.0017≈2.04→取3层
4. 校核实际流速=15/(3600×3×0.0017)=0.82m/s
5. 计算压降=28kPa（符合要求）
6. 传热校核：满足过冷度要求
注：当层数计算值在临界点时（如2.04层），需对比2层与3层的综合性能，通常取3层更安全但会增加设备成本。
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发表于 2010-6-8 22:17:09
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