三、热交换器1．热交换器（换热器）的类型电子设备中常用的热交换器有下列几种：

① 列管间壁式。列管间壁式的结构是多种多样的，冷流体在管内流动，热流体在管外流动（或绕流），两种流体在壁面上进行热交换。根据管内外冷、热流体流向的不同，此类热交换器可分为顺流、逆流、叉流和往复流四种，如图4所示。

图4

② 紧凑式热交换器。紧凑式热交换器可分为螺旋板式、肋管式、内肋片式和板翘式等几种，图5所示是电子设备中常用的两种结构形式。板翘式热交换器的特点是传热系数高、结构紧凑、质量轻和经济性好，但阻力较大。

图5

③ 冷板。冷板是一种单流体的热交换器，如图6所示。其中（a）为扁管式冷板，它由两块金属平板在相应的位置上冲压成凹槽，再用滚焊将两板焊成一个整体，两凹槽对接在一起，形成冷却液体流通的通道，通道的形式可根据需要而定，可以是圆的、方的或椭圆的等。通道的布设可根据发热元器件的位置及散热的要求进行设计，冷板的其余部分可作为安装元器件用的底板。利用这种冷板式间接液体冷却可使结构做得非常紧凑。图（b）是板翘式冷板，可以用做大功率器件和印制板组装件及高密度组装器件的冷却装置。ATR机箱两侧风冷冷板和相控阵雷达固态收发组件用的冷板均属此类结构。

图6

2．热交换器设计计算热交换器热计算的基本方程包括冷、热流体的热平衡方程和热交换器的传热方程：热流体

冷流体

传热

式中 qm1、qm2——热流体和冷流体的质量流量（kg／s）；cp1、cp2——质量定压热容（J／（k g ·℃））；t1′、t1′′、t2′、t2′′——进口和出口温度（℃）；K——热交换器的传热系数（W／（m2·℃））；A——传热面积（m2）；Δtm——对数平均温差（℃）。

热交换器的热计算可分为两类：第一类为设计计算，即给出qm1cp1、qm2cp2及四个进出口温度中的三个，求另一个温度和KA的值。它是以求换热面积为目的的。第二类为校核计算，即通过给定的KA、qm1cp1、qm2cp2、t1′和t2′，求解t1′′和t2′′。① 对数平均温差法对数平均温差Δtm的计算是基于下列假设进行推导的：冷、热流体的质量流量和定压质量热容是常数；K是常数；换热器无散热损失；沿轴向导热量忽略不计；任一流体不能既有相变又有单相介质换热。图7是顺流和逆流时工作液温度变化的情况。经过推导，对数平均温差Δtm可用下式计算

式中 Δt′——入口处的温差（顺流）；Δt″——出口处的温差（顺流）。

图7上式也适用于逆流换热器的Δtm计算，此时Δt′表示热流体入口温度与冷流体出口温度之温差或热流体出口温度与冷流体入口温度之温差中的大者，Δt″表示其中的小者。其他流动组合的对数平均温差，可以由上式求得假想逆流的对数平均温差，再乘一个修正系数εΔt，而εΔt与下列两个参数P、R有关，即

根据流动形式及P、R，由图8查得εΔt，则该流动形式的Δtm为

图8对数平均温差法，可用于热交换器的设计计算。

其步骤如下：

根据已知条件，由热平衡方程式求出另一个未知温度；

由冷、热流体的四个进出口温度，求出对数平均温差Δtm，若是叉流、混合流形式，则要注意修正系数εΔt的计算；

初步布置换热面，并计算相应的传热系数；

由传热方程式求出所需之换热面积A，并核算两侧流体的流动阻力；

若流动阻力过大，则应重新进行设计。

② 有效度－传热单元数法（ε－NTU法）两种流体的热容量（qmcp）之比被称为热容比，即

当qm1cp1＜qm2cp2时，Ψ＝（qm1cp1）／（qm2cp2），当qm1cp1＞qm2cp2时，Ψ＝（qm2cp2）／（qm1cp1）。有效度（ε）是热交换器中实际换热量与最大可能换热量（温差最大）之比值。当qm1cp1＞qm2cp2时

当qm1cp1＜qm2cp2时

由此可见，当已知ε时，热交换器的换热量可根据两种流体的进口温度进行计算，即

而两种流体的出口温度则可以利用其热平衡方程式求得。采用ε－NTU可对热交换器进行校核计算和设计计算。其校核计算步骤如下：

计算传热系数K；

计算NTU及（qmcp）mi n／（qmcp）ma x值；

计算或查相应图表得ε值；

计算传热量Φ；

利用热平衡方程式计算t1′′和t2′′。