哈雷钎焊板式换热器
专业生产:换热器;分水器;过水热;冷却器
新闻动态

汽车空调换热器钎焊炉冷却段的设计及传热计算

点击:2171 日期:[ 2014-04-26 22:05:48 ]
                        汽车空调换热器钎焊炉冷却段的设计及传热计算                                   王瑾   陈军   刘金松                       (上海理工大学建筑环境与设备工程系 上海 200093)     【摘 要】针对某汽车空调换热器钎焊生产流水线冷却段冷却降温不能达到工艺要求,用传热学原理对冷却 段进行传热理论分析和计算,得出冷却段不能满足工艺要求的原因和改造所需要的结构参数。     【关键词】 冷却系统;生产流水线;传热计算     中图分类号 TB657 文献标识码 A 0 引言 上海某汽车设备制造有限公司采用钎焊炉对 所生产的车用空调蒸发器、冷凝器等部件进行熔合 钎焊处理。从钎焊炉出来的铝合金产品及铁质托架 夹具,其温度在 300℃以上,为了后道工序的人工 操作,在钎焊炉出口流水线部位布置了冷却段,工 艺要求经冷却段冷却后的产品温度不得超过50℃。 同时,相应的铁质托架夹具通过冷却段亦应得到有 效冷却。工艺要求冷却段的冷却方式只能采用风冷 冷却,采用排风系统将热量排至室外。由于现有的 4#和 7#钎焊炉流水线,冷却系统设计不尽合理, 致使冷却段后的产品及辅助工装的夹具、托盘的温 度大大超出工艺要求,影响产品质量。而高温的产 品和辅助工装,使操作工人的操作条件较为恶劣, 不但容易引起烫伤;高温的产品和辅助工装直接堆放在车间内流水线旁,使车间内环境温度随之上 升,对生产环境造成热污染,同时也使冷却段的进 风温度提高,进一步恶化了冷却段的冷却效果。为 此,需对冷却段进行重新设计。 在此之前,厂方已进行了多次冷却段的小改 造,例如改变风机的风量、改变链轮转速等等。由 于没有对系统的传热与通风的气流组织进行分析, 又受到钎焊炉生产工艺、风机安装位置以及噪声等 条件限制,改造效果不明显,无法达到工艺要求与 通风室内的温度要求。 1 原有流水线冷却段状况 本次改造首先对原来冷却段的实际参数进行 实测,找到问题的症结,才能对症下药,以获得满 意的结果。采用远红外温度测量仪、热球风速仪即旋翼式风速仪等进行测试。 1.1 原有冷却段的设计工艺参数 4#和 7#钎焊炉流水线冷却段的设计工艺参数 主要为冷却段的实际尺寸、链轮行进速度与冷却段 的截面平均风速等,具体数据如表 1 所列。 1.2 原有冷却段产品温度变化的实测数据 首先对进、出 4#和 7#钎焊炉流水线冷却段的 钎焊产品和辅助工装(托盘、夹具)的外形尺寸、质量及温度等数据进行现场测试,获得具体数据见表 2、表 3。 表 2 的数据是在春季下雨的情况下测得的,当 时车间内环境温度比较低。从表中数据显示,在环 境温度(即冷却段进风温度)为 18℃左右时,7# 钎焊炉流水线冷却段的冷却效果基本满足工艺生 产的要求,而 4#钎焊炉流水线冷却段的冷却效果已 不能满足要求。进入夏季之后,车间内闷热潮湿, 加上钎焊炉等设备的发热量,环境温度一般会在 40℃以上,甚至达到 50℃,两条流水线的冷却段 的冷却效果均无法满足生产工艺要求。 2 冷却段改造的理论计算 为了使系统改造的设计合理,需对冷却段的冷 却过程进行传热学分析,用传热公式和相似原理进 行计算,从理论到实际改造,有目的地掌握影响冷 却段冷却效果的主要因素,达到改造的目的。 2.1 钎焊炉冷却段的设计要求与假设条件 冷却段的设计条件与要求为:钎焊产品及其辅助工装的托盘、夹具初始温度不高于330℃条件下, 经过冷却段的风冷冷却,产品温度必须降低至50℃ 以下,托盘和夹具的温度不高于 60℃。由于车间 内安装钎焊炉及钎焊炉流水线生产的产品下线后 在周边直接堆码,造成车间内环境温度较高,虽然 采用自然通风的方式来降低室内环境温度,冷却段 的进风温度仍然可达 40℃。 在进行传热计算之前,首先必须对计算对象作 如下假设: a.由于金属产品和辅助工装的托盘、夹具的 导热能力远远大于其与空气对流换热的能力,认为 在同一时刻产品和辅助工装的温度是均匀的; b.由于空气的运动方式是强制对流,且换热 后空气直接排到室外,认为空气在对流换热时,其 物性参数:导热系数、粘度、普朗特数等参数保持 恒定; c.由于在同一时间段内的室内环境温度变化不大,认为环境温度对换热过程及空气物性参数的 影响忽略不计。 2.2 冷却系统换热过程的理论分析 产品及辅助工装在冷却段内冷却,经过微元时 间 d τ,产品的温度降低了dt ,在 d τ冷却过程中 产品失去的热量应该等于产品与空气之间的对流 换热热量,由此可列出冷却过程的热平衡传热方 程: 式中 α 为产品及工装和空气之间的换热系数, W/m2·K;F 为产品及工装换热面积,m2;ρ 为产品 及工装密度,kg/m3;V 为产品及工装体积,m3; Cp 为产品及工装比热,kJ/kg·K;t、t0 分别为产品 及工装温度和环境空气温度,℃;τ为换热时间, s。 传热过程的边界条件为:当产品及工装刚进入 冷却段时,τ=0,此时产品及工装的温度 t=t1;当 产品及工装刚离开冷却段时,τ=τ,此时产品及工 装的温度 t=t2;冷却过程的全程温度变化,可通过 积分求得: 从公式(4)可见,对某一种产品而言,影响 在冷却段内冷却效果的因素有产品进口温度,与空 气间的对流换热状态,以及在冷却段内持续时间。 以最不利条件考虑,环境空气温度为 40℃,定性 尺寸按表 3 提供的最大值 0.8m 来判断在冷却段内 产品与空气间的换热状态。由文献〔1〕查得空气 在 40℃ 时的 主 要 物 性 参 数 : ρ=1.128kg/m3 , ν=16.96×10-6m2/s,Pr=0.699。由雷诺数计算判断换 热表面的流动边界层状态。 2.3 冷却设备换热过程的计算 从热平衡原理推导的冷却段理论计算公式,产 品和辅助工装经过冷却段冷却,是否可以达到改造 的设计要求,制约的因素较多。然而,当该计算公 式针对某一产品,在稳定冷却状态时,λ、Pr、V、 ρ 等参数可以认为是定值。根据集总参数法,令: 对于同一种产品,ζ 是一个常数,可以用传热 的相似原理进行计算。将表 1~表 3 的已知数据代 入公式(8),即可得到不同产品的 ζ 值。计算数据 见表 4。 ζ 值反映了某一产品及辅助工装在冷却段中的 冷却降温特性。在得到 ζ 值后,用公式(9),按要 求环境温度 t0 为 40℃,产品进出冷却段温度 t1= 330℃,t2=50℃,即可确定各种产品及辅助工装在 冷却段内,以一定的链轮速度前进(即固定冷却的 时间τ )时,确定冷却段内截面平均风速u ;或限 定冷却段内平均风速,确定冷却过程所需经历的时 间,再按钎焊炉流水线工艺要求的链轮行进速度, 求出冷却段的合理长度。 表 5 列出了产品“L-Ccar 蒸”和产品“KAC 后 蒸”在满足冷却段出口温度为 50℃时,计算风冷段 的长度及辅助工装的出口温度情况。在满足产品降 温要求的同时,其辅助工装的温度仍然有可能超过 设计要求。两者同时满足要求,还需调整冷却段的 气流组织、增加平均风速或适当增加冷却段的长度 等措施。 表 6 列出的数据显示,要保证产品及辅助工装 在冷却后都要满足温度要求,在冷却段截面平均风 速 1.5m/s 时,7#炉流水线冷却段的长度不小于 3.1 米,在允许的安装距离之内;4#炉流水线冷却段的 理论长度达 5 米,由于现有空间所限,按公式(9) 所示各参数之间相互关系,采用调整风速的方法, 来调整长度尺寸,达到相同的冷却效果,将 4#炉流水线冷却段的截面平均风速调高到 2.5m/s,得到的 参数值见表 7,冷却段的长度调整到 4.5 米以下, 基本满足安装要求,继续调高风速,将会产生太高 的排风噪声和能源消耗,又会引出新的问题。 确定改造冷却系统所需的技术和结构参数后, 需要配合合理的设备布置及合理的气流组织,以获 得良好的散热降温效果。在实际改造过程中,冷却 段采用下送风为主、侧送风为辅的送风方式和上排 风气流组织形式,经过理论计算和 CFD 模拟,以 下送风量和侧送风量 9:1 左右的比例,合理布置 送、排风机与风道断面面积,使改造后的冷却系统 内的气流组织通畅,不出现短路现象,保证换热充 分均匀,使两条生产线的冷却段在未增加风机功率 的情况下,解决了生产工艺要求的降温要求。经现 场测试,改造后的冷却效果,完成达到预期的目标。 3 结语 通过钎焊炉生产流水线的冷却段改造可以看 出,应用传热的热平衡方程和相似理论计算,找出 其工艺参数的主要影响因素,可以根据要求的目标 值,进行参数调整,获得了冷却段改造所需的技术、 结构参数。以理论指导的设计,减少工作中的盲目 性,在施工之前预测结果状态,可以完全按照预定 的目标进行改造,便于合理组织工期,节省了投资。 使新的冷却系统发挥了应有的作用,满足了生产工 艺的要求,同时也减轻了生产环境的热污染,提高 了环境的空气品质。 参考文献: [1] 赵荣义, 范存养, 薛殿华, 等.空气调节[M].北京: 中 国建筑工业出版社, 2006. [2] 杨世铭, 陶文铨. 传热学[M].北京: 高等教育出版社, 1998. 
上一篇:相变换热混合工质板翅式换热器流动与传热数值模拟 下一篇:低温工况下翅片管换热器的设计计算

相关资讯

Copyright ©2008 哈雷换热设备有限公司 All Rights Reserved. 地址:奉化外向科技园西坞金水路 电话:0086-574-88661201 传真:0086-574-88916955
换热器 | 板式换热器 | 钎焊板式换热器 | 冷却器 | 分水器 | 地暖分水器 | B3-14B板式换热器 | 网站地图 | XML 浙ICP备09009252号 技术支持:众网千寻