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1、 2MW空水冷双馈风力发电机的空水冷却器设计说明书 教育部铁道车辆热工重点实验室（兰州交通大学） 2014年2月7日 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.
2、8mm，内径7.5mm的冷却器结构设计。 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、冷却器主要结构参数 表1结构参数表 序号 名称 符号 单位 公式 数据 1 冷却器长度 L mm 查图 1400 2 冷却器宽度 W mm 查图 375 3 冷却器高度 H mm 查图 664.5 4 冷却器冷却部分长度 L′ mm 查图 1230 5 进水水箱长度 L1 mm 查图 268 6 进水
3、水箱宽度 W1 mm 查图 263 7 散热片总长度 l mm 查图 545.4 8 散热片总宽度 w mm 查图 264 9 散热片厚度 δ1 mm 查图 0.15 10 两散热片间距 tp mm 查图 2.15 11 散热片总数 N — 已知 550 12 冷却管长度 lg mm 查图 1194 13 冷却管外径 Dout mm 查图 8.8 14 冷却管内径 Din mm 查图 7.5 15 冷却管壁厚 δ mm δ=(Dout-Din)/2 0.5 16 冷却管总
4、数 nz — 查图 192 17 每排冷却管总数 ng — 查图 12 18 垂直流向的管排 中心距 s1 mm 查图 22 19 迎流方向的管排 中心距 s2 mm 查图 30.3 20 冷却管进水法兰内径 Φ1 mm 查图 38 21 冷却管出水弯管内径 Φ2 mm 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 Q kW 已知 39 2 空气体积 流量 qva m3/s
5、已知 1.56 3 进风温度 ta1 °C 已知 74.5 4 出风温度 ta2 °C 已知 53 5 空气温差 Δta °C 21.5 6 空气允许 压降 Δpa Pa 已知 135 2 冷却液体积流量 qw m3/h 已知 9 3 进口冷却液温度 tw1 °C 已知 48 4 进口冷却液密度 ρw1 kg/m3 查表 1070.94 5 冷却液比热 cpw kJ/(kg·K) 查表 3.2973 6 冷却液温差 Δtw °C 4.42 7 出口冷却液温度 tw2 °C
6、 已知 52.4 8 冷却液平均温度 twm °C 50.2 9 冷却液密度 ρw kg/m3 查表 1063.95 10 冷却液的动力粘度 ηw kg/(m·s) 查表 1961.2×10-6 11 冷却液的普朗特数 Pr — 查表 16.9 12 冷却液导热 系数 λw W/(m·K) 查表 0.3821 13 冷却液流速 vw m/s 1.11 14 管内雷诺数 Re — 4514.7 15 管内Darcy阻力系数 f1 — 0.038 16 管内努塞 尔数 Nu —
7、 50.98 17 管内换热 系数 hi W/(m2·K) 2597.0 18 冷却液压降 Δpw MPa 已知 0.05 19 冷却液密度 ρw1 kg/m3 查表 1063.95 20 冷却液比热 cpw kJ/(kg·K) 查表 3.306 21 冷却液温差 Δtw °C 4.44 22 散热面积 F m2 151.37 23 温度参数1 P — 0.811 24 温度参数2 R — 0.205 25 修正系数 φ — 查图 0.845 26 对数
8、平均 温差 Δtm °C 11.51 27 修正后的传热系数 K′ W/(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 Q kW 已知 39 2 空气体积流量 qva m3/s 已知 1.56 3 进风温度 ta1 °C 已知 74.5 4 出风温度 ta2 °C 已知 53 5 空气温差 Δta °C 21.5 6 空气允许压降 Δpa Pa 已知 135 7 进口空
9、气密度 ρa1 kg/m3 计算 0.7776 8 空气质量流量 qma kg/s 已知 1.58 9 空气比热 cpa kJ/(kg·K) 查表 1.00065 10 空气温差 Δta °C 24.44 11 空气平均温度 tam °C 63.75 12 空气密度 ρa kg/m3 查表 0.8024 13 空气的动力粘度 ηa kg/(m·s) 查表 19.9×10-6 14 空气导热系数 λa W/(m·K) 查表 2.9×10-2 15 散热面积 F m2 151.37 16
10、 管子面积 Fg m2 5.4 17 冷却液流道 面积 Fw m2 0.004239 18 空气最小流通面积 Famin m2 0.17424 19 空气最大流速 vamax m/s 8.95 20 空气入口面积 Fa1 m2 0.651 21 空气入口速度 va1 m/s 2.396 22 当量直径 De mm 3.47 23 管外雷诺数 Reo — 1585.1 24 管外换热系数 ho W/(m2·K) 实验值 44 25 管内换热系数 hi W/(m2·K
11、) 2597.0 26 镍白铜的导热系数 λ1 W/(m·K) 查表 22 27 紫铜的导热 系数 λ W/(m·K) 查表 398 28 几何尺寸1 （图1） a mm 11 29 几何尺寸2 （图1） b mm 9.36 30 肋根面积 A1 m2 6.19 31 肋片突出面积 A2 m2 148.23 32 肋效率组合 参数 m — 39.0 33 无量纲肋高度 h — 0.0096 34 肋效率 ηf — 0.96 36 肋面总效率 ηo —
12、 0.96 37 传热系数 K W/(m2.K) 29.0 38 空气阻力 Dpa Pa 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ζ=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 管内冷却液流动速度 vw m/s 1.11 2 冷却液密度 ρw kg/m3 查表 1063.95 3 管内雷诺数 Re — 4514.7 4 管
13、内阻力系数 f — 0.038 5 沿程损失 Δp1 Pa 15849.4 6 进出铜管损失 Δp2 Pa 861.87 7 进冷却液法兰进口面积 s1 m2 0.001134 8 进冷却液法兰出口面积 s2 m2 0.070616 9 进冷却液法兰入口速度 v1 m/s 2.2046 10 进冷却液法兰局部损失系数 ζ1 — 0.9681 11 出冷却液法兰局部损失系数 ζ2 — 0.492 12 出冷却液弯头入口速度 v2 m/s 2.2 13 进冷却液压力损失 Δp3 Pa 2503.1 14 出冷却液压力损失 Δp4 Pa 1272.1 15 总压力损失 Δp kPa 20.486
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