FLUENT板式换热器的性能评价与分析(2)
参考文献30
附录A 流道截面平均压强 31
1 绪论
板式换热器(PHE)是一种高效、紧凑的热交换器，它由一系列表面呈波纹形状的薄金属板片相互叠装而成，具有传热性能好的优点；其应用广泛，几乎涉及所有工业领域，并且更优性能的换热器也在不断研发中。
1.1 研究背景
板式换热器中最主要的换热部件是波纹板片，其形状和结构特征直接影响换热性能。板片的几何形状不同，则流体的流动特性也不同，换热器的综合性能也会不一样。按照板片上波纹的几何形状来区分，可分为弧线形、鼓泡形、断锯齿形、水平平直形、斜波纹形、和人字形等多种波纹形状的板片。这些板片形式的换热器在传热性能、流动特性、制造加工等方面各有优劣，其中人字形波纹板式换热器的综合性能最优，因此其应用也最广泛。
最早的板式换热器是沟道式换热器，其由过滤器演变而成，两块铣切出沟槽的厚金属板相互叠加，中间安装一块薄金属板用于换热，冷热流体在薄板的两侧沟槽内流动。沟道式换热器的传热性能并不理想，因此其他更优性能的板式换热器不断被研发出来，这些换热器中的流体在较低速度下就能发生强烈的湍流扰动，因此换热器的传热系数很高。
早期的板式换热器传热面积较小，换热流体的流量受到限制，其主要用于食品领域，如牛奶、啤酒的加工过程。随着研究的不断深入和工业水平的发展，换热器的制造水平逐渐提高，大型的板式换热器也不断被生产成功，其允许更大的物料流量，因此应用范围逐步扩大，如今已遍及机械、冶金、运输、发电、化工和酿造等多个工业领域。板式换热器在国内的应用晚于国外40年左右，制造水平也与国外有较大差距，其在我国的批量生产始于上世纪70年代，当时生产水平受到限制，主要用于食品加工和轻工业等领域。现在国内有四五十家生产板式换热器的制造商，应用也扩展到化工、石油和动力的等方面，特别是在建筑空调方面，板式换热器已在多种制冷设备的竞争中名列前茅。
1.2 板式换热器的工作原理及其特性
1.2.1 板式换热器的工作原理
板式换热器的工作原理是波纹金属板片相叠形成流体通道，板片是其中主要的换热部件。为了适应不同的传热和压降要求，可以通过改变流体流程和通道数的方式来实现。按照冷热流体的流动方式，可分为：①串联、并联或混联三种方式；②顺流或逆流两种方式。如下图（a）为流体流程示意图，图（b）为并联的1（流程） 4（通道）流动方式。
（a）流体流程示意图 (b) 并联流动
在板式换热器内，两板组成的通道中布满板片波纹波峰相接触形成的点。流体在触点间回旋流动，形成强烈的湍流。这些触点的存在，有以下三个优点：①增加流体的湍流强度，从而强化换热效果；②板片之间在触点处相互支撑，增加了刚度和耐压强度；③板片之间相互隔开，即使板片发生较大错位，也不会形成流道堵塞。
板式换热器中应用最广的是人字形波纹，其以“∧”形板片和“∨”形板片交错叠加，组装在一起。其流道中触点的存在使其换热性能很好，但是也增加了流体的流动阻力。
1.2.2 板式换热器的特点
（1）传热性能好
板式换热器具有较好的传热性能：一方面因为板片表面是凹凸不平的波纹面，在单位投影面积下有较大的换热面积；另一方面由于板片间距较小，流体通道狭窄，流体在通道中滞留很少，因此流体通过换热器板片能够快速有效的进行热量交换。当换热介质为水-水时，其传热系数可达到3000～5000千卡/米²，是相同流速下的管壳式换热器传热系数的3～5倍[1]。在国内，板式换热器的生产水平不断提高，其传热系数可以达到7000W/(㎡•℃) [2]。板式换热器特殊的组成结构，使其具有传热系数大、流动阻力也大的特点，但是总的换热效果还是比管壳式换热器高。
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