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1、板式换热器的调研报告摘要：板式换热器是由一系列互相平衡、具有波纹表面的薄金属板相叠而成的一种新型高效、紧凑的热交换器。本文分析了板片形状、倾角、波距对传热效果的影响。结果表明：人字形波纹板片的传热性能好，承受能力大；波纹倾角通过改变流动状态来影响板片通道的传热和阻力特性；雷诺数相同时，新型板式换热器传热效果比传统人字形板式换热器好。关键词：板式换热器，人字形波纹，凹坑型板片，波纹倾角,波距P一、板式换热器的研究发展及现状板式换热器在上个世纪开始提出。早期的板式换器大都用于食品工工业，如牛乳，蛋液，啤酒等的加工过程中。这是由于早期板片的单板面积小，不能组成单台面积较大
2、的换热器。所以只能用于处理物料流量较小的场合。随着单板面积的增大,能组成单台板式换热器的面积也相应增大加上板式换热器水平的提高现在板式换热器的使用已遍及食品，轻工，化工，机械，冶金，船舶，电力，石油，交通，运输，城市供热及采暖，制冷空调等各个行业。板式换热器是由一系列具有一定波纹形状的金属片叠装而成的一种高效换热器。换热器的各板片之间形成许多小流通断面的流道，通过板片进行热量交换,它与常规的壳管式换热器相比,在相同的流动阻力和泵功率消耗情况下，其传热系数要高出很多。正是因为板式换热器的总传热系数高，占地面积小，多种介质换热，对数平均温差大，末端温差小，使用方便等这些
3、优点，使得其在日常生产生活中发展的越来越迅速，被应用到各个行业。二、提高板式换热器传热效果的措施板式换热器作为一种高效、紧凑的换热设备，正被越来越多的领域应用。我们先研究不同板片对板式换热器传热性能的影响。1、对比人字型和凹坑型板片的流动和换热性能材料参数：人字型波纹板的参数为:波纹角度为600,波高4mm,波距10mm,流道最窄高度1mm。凹坑板的参数为:通道高度H为4mm,凹坑直径D为25mm,凹坑在板片上均匀分布,产生的压痕直径d为13.56mm,深度e为2mm,相邻两个凹坑之间的距离p1和p2分别为7.33mm和4.83mm。以水为流动介质,其热物性参数为黏
4、性系数,密度,导热系数,比热容边界条件在数值模拟过程中,作如下假设：流体在通道中处于稳定流动和换热状并且是不可压缩的牛顿流体；重力加速度方向与流体流动方向相同；忽略流体流动时的勃性耗散作用所产生的热效应；流体进口速度给定,来流温度,出口压力恒定为一个标准大气压；板片的壁温293K,通道周边与外界无质量和热量的交换。采用FLUENT6.3对板片间的流场进行了数值模拟，图1是人字型波纹和凹坑型板片通道内的平均努塞尔数和阻力系数f随雷诺数的变化情况。随着雷诺数的增加(即质量流量的增加),努塞尔数和阻力系数f分别增加和减小。因此,增加流速的同时,不仅可以提高板式换热器的换热
5、能力,同时可以使得流动的阻力系数不断减小。为了综合地比较两种不同板片换热和流动的综合性能,图2给出了它们的综合传热性能因子随雷诺数的变化情况.可以看到,在相同的雷诺数下,虽然人字型板片的换热效果更好(努塞尔数更大),但由于流体在其内部流动时的阻力更大(f更大),所以凹坑板片的综合性能更优。图1人字和凹坑型板片平均努赛尔数，阻力系数f随雷诺数的变化图2人字和凹坑型板片综合传热性能因子随雷诺数的变化由于人字形波纹板片具有传热性能好、承压能力大等优点，所以现有板式换热器板片波纹形状以人字形最多。下面我们研究人字形波纹几何参数对板式换热器换热的影响。2、人字形波纹几何参数对
6、板式换热器换热的影响现有文献均认为人字形波纹与板片轴线的夹角β(也叫波纹倾角)是影响人字形板式换热器性能的重要几何参数，它通过改变流动状态来影响板片通道的传热和阻力特性。利用FLUENT软件对人字形板式换热器内板片间的流场进行了数值模拟,研究了人字形波纹板式换热器内流动形态的影响规律并对波纹几何参数对流动形态的影响机理进行了分析。a、波纹倾角β不同时对人字形板式换热器的换热影响人字形波纹板片组成的流动通道如图3所示。波纹倾角β的两块板片相互倒置后叠放在一起形成周期性变化的流动通道，波纹间距P、波高H及波纹倾角β是板片的主要几何参数，也是影响板式换热器流动和换热特性的
7、主要因素。通过数值模拟人字形波纹板片间的流场，得到了W.W.Focke和赵镇南等人的实验一致的结果：β=30°和β=40°时波纹通道内介质的流场，流体流动明显呈“两组十字交叉流”的形式，即流体先在一侧板上沿沟槽流动，到板片边缘时反射折转到通道另一侧板片的沟槽中向另一边缘流动。图3波纹通道几何形状而β=60°和β=70°时波纹通道内介质的流场，流体的流动状态已由“两组十字交叉流”转变成文献上所谓的“曲折流”,即流动折返点已不是板片的边缘，而是在波纹的每个接触点上，流动呈连续的并行小波纹状。倾角β对流动形态的影响可以作如下分析(图4)：流体在板片间沿主流(即板片轴线
