http://www.paper.edu.cn 板翅式换热器热力计算方法研究 祝百茹 1，张宏利 2 1 辽宁工程技术大学研究生学院，辽宁阜新（123000） 2 新汶矿业集团华新土建第一项目部，山东新泰（271233） E-mail: zhubairu6@126.com 摘 要：文章以板翅式换热器为主要研究对象，主要针对其传热系数 K 值确定的复杂性， 利用一元线性回归原理提出一种新的计算方法。在此基础上，推导出板翅式换热器总传热系 数 K 与壳侧体积流量 V 的准则关系式。并通过板翅式换热器和传统单弓折流板换热器的实 测数据及二者总传热系数 K 比较图来证明公式推导的正确性。 关键词：板翅式换热器；总传热系数；线形回归；准则关系式 中图法分类号： 文献标识码: A 1. 引言 1.1 板翅式换热器 板翅式换热器[1]由板和翅片组成的换热器。在相邻两隔板间放置翅片、导流片以及封条 组成一夹层，称为通道，将这样的夹层根据流体的不同方式叠置起来，钎焊成一整体便组成 板束，板束是板翅式换热器的核心，配以必要的封头、接管、支撑等就组成了板翅式换热器。 其特点：传热效率高、紧凑、轻巧、适应性强。 1.2 推导总传热系数的传统方法 至今确定板翅式换热器总传热系数的方法有如下这种传统方法，其它方法未见报道。传 统方法具体推导过程如下： 管壳换热器稳态传热的基本方程为:[2] Q KA t = ∆ (1) m Q ——冷热流体平均换热量，J A ——以换热管外径为基准的换热面积， 2m A n d Lπ= 0 (2) n ——换热管根数 0d ——换热管外径， mm L ——换热管有效长度, m mt∆ ——对数平均温差，℃ 换热器流程为双管程单壳程，即 1-2 型换热器，其对数平均温差的计算公式 如下：[3] t ∆ = m ln t ' 1 t ' 2 R = 2 t R t ( ) '' ' − 2 2 R p 2 (1 − + − R p 2 (1 + + − t t ' '' − − 1 1 t t '' '' − − 1 2 P = , 2 1 + R 2 R t '' 2 t ' 2 (3) + + 1) 1) - 1 - 

http://www.paper.edu.cn 1,t t ——管侧进、出口温度，℃ ' '' 1 2,t t ——壳侧进、出口温度，℃ '' ' 2 换热量可由流体定压比热容、进出口温差及质量流量计算得到。换热量的计 算公式如下： Q mc = p t ∆ (4) m ——流体质量流量，㎏/s pc ——定压比热容，J/(㎏/K) 通过式（1）、（2）、（3）、（4）即可计算出总传热系数 K。 k = 1 R R i w + + R 0 d 1 0 h d i i + + W m k ) 2 ih ——管内换热系数, 0h ——管外换热系数， /( iR ——管内污垢热阻， 2 0R ——管外污垢热阻， 2 wR ——换热管导热热阻， 2 ( 2 1 h 0 /( W m k ) ) /m k w ( ) /m k w ( ) /m k w 通过上述公式可以看出换热器总传热系数 K 是一个复杂的多项式，它与换热器的结构， 介质，温度，流速等多种因素有关。在实际应用中，简化实用的总传热系数 K 的公式更为 需要，为此，文章提出新的方法——利用一元线形回归原理推导一个简化的板翅式换热器总 传热系数 K 与壳侧体积流量 V 的准则关系式。 2. 板翅式换热器总传热系数 K 的简化计算 本部分引用[1]中部分数据，着重点在推导板翅式总传热系数 K 过程。 表 1-1 板翅式换热器数据 Tablet.1-1 Plate-fin heat exchanger exchanger /m s 时数据 板翅式换热器在 1.2 6 5 4 3 工况 1 2 7 8 9 10 总传热系数 K/w/(m2k) 壳侧体积流量 v/m3/h 1821.67 1951.30 2236.76 2353.27 2365.34 2395.98 2454.89 2524.00 2596.07 2667.59 4.690 6.985 7.988 9.550 10.567 11.842 12.854 14.964 15.359 16.367 水－水换热时，根据一元线形回归原理可假设 K 符合 y = + （ y ，x ）的直线方程， a bx 根据一元线形回归方程的确定方法和表 1-1 中数据得： x y x i 1 = ∑ ＝10.876（ ix 值代表表 1-1 中壳侧体积流量） n 1 = ∑ ＝2256.35（ iy 值代表表 1-1 中的总传热系数） n y i - 2 - 

http://www.paper.edu.cn 2 x i ) ∑ =1153.65 − ∑ ∑ =74.32 y i x i ) ∆ = ( −∑ n x 2 i 1 ( ∆ ∑ x y n i i y bx = − = b =1523.53 a 得出板翅式换热器总传热系数 K 与壳侧体积流量 V 的直线关系式为： K=1523.53+74.32V 在一定误差范围内简化为： K=1523+74V 考虑到测试设备与实际设备保温、结垢等运行情况的差异，应保留一定的传热余量，取 传热余量储备系数 r＝1.20，最后得出板翅式换热器总传热系数与壳侧体积流量 V 的直线关 系式为： K=1269+62V 3. 板翅式换热器传热系数 K 与传统单弓折流板换热器传热系数 K1 比较 本部分引用[1]中部分数据，着重点在推导板翅式总传热系数 K 过程。 表 1-2 传统单弓折流板换热器数据 Tablet.1-2 Plate-fin heat exchanger exchanger /m s 时数据 传统单弓折流板换热器在 1.2 7 6 2832.74 2815.37 4 2612.34 5 2676.16 3 2577.67 2 2486.81 8 2883.23 9 2991.96 10 3046.84 6.814 7.937 9.468 11.059 11.874 12.836 14.113 15.156 16.148 工况 总传热系数 K/w/(m2k) 壳侧体积流 量 v/m3/h 1 2215.6 7 4.931 传统单弓折流板换热器总传热系数 K1 推导原理与上述板翅式换热器总传热系数 K 推导 原理相同，应用表 1-2 中数据进行推导，此处推导过程略。 最后得出单弓折流板换热器总传热系数 K1 与壳侧体积流量 V1 的直线关系式为： K1=1640+56V1 - 3 - 

http://www.paper.edu.cn 图 1 板翅式换热器与传统单弓折流板换热器传热系数比较图 Fig.1 The compared with chart of plate-fin heat exchanger exchanger and plane baffle heat exchanger. 通过板翅式换热器总传热系数 K 与传统单弓折流板换热器总传热系数 K1 实测数据中各 总传热系数相对比，即在流速相同时，流量在一定范围内 K

Plate-fin heat exchanger thermal calculation method http://www.paper.edu.cn Zhu Bairu1, Zhang Hongli2 1 The Institute of Graduate Studies, Liaoning Technical University, Fuxin (123000) 2 Xinwen Mining Group, Shangdong, Xintai (271233) Abstract This article takes Plate-fin heat exchanger as object of study. The thermal transferring coefficient K is complex in the designing calculation process . It proposed a new computational method——Yuan liner return principle, criteria relationship expression of total heat transfer coefficient K and V is obtained. Criteria relationship expression is correct compared with that of plane baffle heat exchanger. Keywords: Plate-fin heat exchanger, Total heat transfer coefficient K, Liner return, Criteria relationship expression 作者简介：祝百茹（1984-）,女,辽宁海城人，研究生研究方向是供热、供燃气、通风及空调 工程。 - 5 -