浅析板式换热器对流传热的影响因素

江苏远卓设备制造有限公司 江苏 江阴 214408

1 引言

板式换热器是一种高效节能设备，主要通过对流传热实现热交换，具有传热效率高、结构紧凑、经济节能、寿命长等优点，在石油、电力、食品、环保行业已有广泛应用。

2 板式换热器传热原理

板式换热器是将换热的板片压紧后制作成一系列平行通道，当流体进人换热板片之间的通道时，冷热介质会显现间隔分布，极大提高热交换器面积，换热效果能够显著增加。在板式换热器的设计中，板片之间会设计密封垫片，能够将换热器内部的流体介质与外部的大气间隔开。其主要的组成部分是具有波纹形状的金属片，这些金属片叠装在一起，薄矩形通道连接板片并完成热量交换，能够应用于液-液、液-汽等不同场景下的热交换，这种设备典型特点为换热效率高、损失小，而且整体结构简单紧凑，不会占用太大的面积，安装使用清洗都十分方便，在各个领域都有广泛的应用。当压力损失相同时，板式换热器的传热系数是普通列管式换热器的4倍左右，能够实现90%以上的热回收率。

3 板式换热器对流传热的影响因素

3.1 对换热器的压降控制 在集中供热工程中，需要较大的初投资，每一个环节都可能造成能量损失，因此要综合考虑可操作性及经济性的方面，板式换热器是作为换热站的主要设备，其压力损失是影响换热站对流传热的。结合相关工作经验可知，中型集中供热项目的压力损失在低于100kPa时，能够实现相对经济合理的效果，可以结合该条件确定换热面积，在设计中一般将板式换热器的压力损失设计为70kPa左右，对于要求压降较小的工程，也可以将压力损失设计为30kPa左右。

3.2 板式换热器的工作参数 根据传热学基本公式：Q=KF△tm可知，在对换热器进行设计及校核的过程中，板式换热器的工作参数将会直接影响到换热系数及换热面积，比如在空调领域板式换热器时的换热面积普遍偏大，主要是由于空调机组换热时的△tm较小。(式子中，Q、K、F、△tm分别表示换热量、换热系数、换热面积和对数平均温差)

3.3 板片压纹 在板式换热器的原板片上面设计有美观、规则的波纹图案，在换热器使用的过程中，这些波纹的存在可以增强流体在流道中的扰动，从而实现增强传热的效果。不同型号的换热器原版片由于设计思路或工艺条件不同，板片波纹形状存在区别，比如人字型纹，最关键的是其波纹夹角，角度大小直接影响压力损失及传热效果，原则上夹角越大，传热效果好，相应的压降也会变大。在换热器设计时一般会根据不同要求进行优化处理。

4 板式换热器的凝结换热

板式换热器凝结传热的模式分为珠状凝结与膜状凝结，凝结换热现象是指当蒸汽与低于饱和温度的壁面接触时，经过汽化之后所产生的热量 传递给固体壁面，同时在固体壁面上凝结之后而形成液体的过程。根据凝结液与壁面浸润能力的不同可以分两种，其一是膜状凝结，当凝结液体能够将壁面浸润到理想状态时，能够沿整个壁面形成一层薄膜，这层液体薄膜在重力的作用下会产生流动，凝结放出的汽化潜热必须通过液膜，在这种状态下，热珠状凝结量传递的多少直接受限于液膜厚度。如果凝结液体不能达到很好的浸润效果时，就不能形成薄膜，而是在壁面上形成小液珠，水珠会接触到壁面的部分表面，换热速率也高于膜状凝结。凝结换热中，凝结可能以膜状凝结和珠状凝结等不同的形式发生，冷凝物的存在相当于增加了热阻，会影响到热量的进一步传递的，影响膜状凝结换热的主要因素是层流和湍流膜状凝结换热的实验关联。

5 板式换热器的沸腾换热

沸腾换热就是指换热器上面介质经过加热之后出现液体沸腾或者汽化之后而吸热传热的过程。这是一个介质由液体经过吸收热量之后变为气体的一个热能转换过程。在板式换热器当中由于其介质受热而发生了沸腾换热过程属于有限空间沸腾。流动的液体在受到外力的作用之下而吸热出现沸腾现象的情况属于强迫对流沸腾，流动的液体在垂直的管体内出现流动沸腾的情况大致与强迫式对流沸腾是相同的特点。刚刚开始的时候是在低温环境之下出现沸腾，在温度逐渐上升的过程中液体沸腾就会变得愈加剧烈，并且由于沸腾所产生的气泡也会相应逐渐增加，因此随着温度的升高就会产生泡状、环状、块状等不同形态的流动沸腾现象。当液体蒸腾完毕以后，就开始进行到了强制换热阶段了。

板式换热器之所以得到了比较广泛的推广与应用，其主要原因是由于该换热设备效率高、换热量大、速度快等优点。板式换热器的内部结构主要是由一些金属片经过密集组合而成的波纹状，这些波纹的主要功能是用来形成流体通道。板式热交换器处于工作状态的时候，就是将流体通过这些金属板片在相邻的两个一次侧和二次侧之间发生的热交换过程。波纹状流体可以在很大程度上增强金属板片的刚性，从而可以承受不同大小的压力，并且同时会在流体内部产生紊流现象，这样有进一步地提高了换热器的工作效率。紊流还有一个重要功能就是大大缩小了非流动区域的空间，在很大程度上减少了积垢的出现。板式换热器通常是用水来加热的，更加适合于食品行业。该换热器在其运行的过程中可以允许过冷水和冷凝水两种流体同时存在于单个的单元空间当中，这种结构设计可以实现换热器在运行的过程中通过排气阀所损失的闪蒸蒸汽量自然地减少，省却了单独使用冷却器的步骤。在垫片式的板式换热器结构设计当中，其金属板片是通过夹具工具来固定在框架上面的，其板片之间的密封方式就是在各个金属板片的边缘位置加入一些比较薄的垫片，其工作方式就是在承压板和框架板的中间使用固定的螺栓来对金属板片包进行挤压。这种结构设计的换热器便于对金属板片进行清洗，同时也方便通过增减金属板片的手段来调节换热器的容量，能够对热应力作用和压力波的突然出现起到较好的防止作用，具有较好的灵活性特点。

6 结语

板式换热器对流传热受到诸多因素的影响，要想更好的提高传热效率，应该针对不同的工况和要求，调节相关因素，比如提高传热温差和传热板片的热导率、减小板片厚度及垢层厚度、增加流体的湍动程度等这些措施提高传热效率。