空水冷却器设计

1、-2MW空水冷双馈风力发电机的空水冷却器设计说明书一、设计要求本设计适于环境温度40°C，海拔2200 m环境。换热量为39kW，冷却液为55%乙二醇与45%纯水的混合溶液，流量为9m3/h，冷却液进水温度48°C，出水温度52.4°C，冷却液压降0.05MPa；空气流量1.56m3/s，冷却器进风温度74.5°C，出风温度53°C，空气允许压降135Pa。设计选用的换热管外径8.8mm，径7.5mm的冷却器构造设计。 主要部件材料为序号部件材料1冷却水管BFe10-1-1镍白铜2散热片T2紫铜带3密封材料三元乙丙橡胶二、冷却器主要构造参数表1

2、构造参数表序号名称符号单位公式数据1冷却器长度Lmm查图14002冷却器宽度Wmm查图3753冷却器高度Hmm查图664.54冷却器冷却局部长度Lmm查图12305进水水箱长度L1mm查图2686进水水箱宽度W1mm查图2637散热片总长度lmm查图545.48散热片总宽度wmm查图2649散热片厚度1mm查图0.1510两散热片间距tpmm查图2.1511散热片总数N 55012冷却管长度lgmm查图119413冷却管外径Doutmm查图8.814冷却管径Dinmm查图7.515冷却管壁厚mm=(Dout-Din)/20.516冷却管总数nz查图19217每排冷却管总数ng查图1218垂直流

3、向的管排中心距s1mm查图2219迎流方向的管排中心距s2mm查图30.320冷却管进水法兰径1mm查图3821冷却管出水弯管径2mm查图38三、满足设计要求所需要的散热器传热系数表2海拔2200 m环境所需要散热器传热系数计算表序号名称符号单位公式数据1换热量QkW392空气体积流量qvam3/s1.563进风温度ta1°C74.54出风温度ta2°C535空气温差ta°C21.56空气允许压降paPa1352冷却液体积流量qwm3/h93进口冷却液温度tw1°C484进口冷却液密度w1kg/m3查表1070.945冷却液比热cpwkJ/(kg

4、3;K)查表3.29736冷却液温差tw°C4.427出口冷却液温度tw2°C52.48冷却液平均温度twm°C50.29冷却液密度wkg/m3查表1063.9510冷却液的动力粘度wkg/(m·s)查表1961.2×10-611冷却液的普朗特数Pr查表16.912冷却液导热系数wW/(m·K)查表0.382113冷却液流速vwm/s1.1114管雷诺数Re4514.715管Darcy阻力系数f10.03816管努塞尔数Nu50.9817管换热系数hiW/(m2·K)2597.018冷却液压降pwMPa0.0519冷却液密度

5、w1kg/m3查表1063.95 20冷却液比热cpwkJ/(kg·K) 查表3.30621冷却液温差tw°C4.4422散热面积Fm2151.3723温度参数1P0.81124温度参数2R0.20525修正系数 查图 0.84526对数平均温差tm°C11.5127修正后的传热系数KW/(m2.K)26.5四、设计散热器的传热系数表3 海拔2200 m环境所设计散热器传热系数计算表序号名称符号单位公式数据1换热量QkW392空气体积流量qvam3/s1.563进风温度ta1°C74.54出风温度ta2°C535空气温差ta°C21.

6、56空气允许压降paPa1357进口空气密度a1kg/m3计算0.77768空气质量流量qmakg/s1.589空气比热cpakJ/(kg·K)查表1.0006510空气温差ta°C24.4411空气平均温度tam°C63.7512空气密度akg/m3查表0.802413空气的动力粘度akg/(m·s)查表19.9×10-614空气导热系数aW/(m·K)查表2.9×10-215散热面积Fm2151.3716管子面积Fgm25.417冷却液流道面积Fwm20.00423918空气最小流通面积Faminm20.1742419空

7、气最大流速vama*m/s8.9520空气入口面积Fa1m20.65121空气入口速度va1m/s2.39622当量直径Demm3.4723管外雷诺数Reo1585.124管外换热系数hoW/(m2·K)实验值4425管换热系数hiW/(m2·K)2597.026镍白铜的导热系数1W/(m·K)查表2227紫铜的导热系数W/(m·K)查表39828几何尺寸1图1amm1129几何尺寸2图1bmm9.3630肋根面积A1m26.1931肋片突出面积A2m2148.2332肋效率组合参数m39.033无量纲肋高度h0.009634肋效率f0.9636肋面总效率o0.9637传热系数KW/(m2.K)29.038空气阻力DpaPa实验值106五、冷却器的冷却液压降计算经计算得冷却水管进口局部损失系数为0.9681，出口局部损失系数为0.492,进出铜管总局部损失系数=1.4601。表4 散热器冷却液压降计算表序号名称符号单位公式数据1管冷却液流动速度vwm/s1.112冷却液密度wkg/m3查表1063.953管雷诺数Re4514.74管阻力系数f0.0385沿程损失p1Pa15849.46进出铜管损失p2Pa861.877进冷却液法兰进口面积s1m20.0011348进冷却液法兰出口面积s2m20.0706169进冷却液法兰入口速度v1m/s2