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一：板換結(jié)構(gòu)與傳熱

   

1、板型結(jié)構(gòu)  

板型及其結(jié)構(gòu)參數(shù)對板式換熱器傳熱有較大影響。不同板型將使板片間通道中流體的流動(dòng)產(chǎn)生顯著的差別。例如：人字形板片的板式換熱器中的流動(dòng)是典型的網(wǎng)狀三維流動(dòng)（見下圖），水平平直波紋板片的板式換熱器中的流動(dòng)則為二維的。

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圖 人字形板片流體在板間通道的三維流動(dòng)

同種板型其波紋結(jié)構(gòu)參數(shù)不同，也會(huì)使流動(dòng)情況有差異，并使之適合于不同工況下的換熱，如下圖人字型板片的人字角不同傳熱系數(shù)也不同。

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圖 人字角β對傳熱的影響

2、流程組合  

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圖 典型的流程組合

流體流動(dòng)分布是否均勻的問題還表現(xiàn)在流程組合方式上。上圖為典型的流程組合方式。對于一般對稱型流道的板式換熱器，兩流體的體積流量大致相當(dāng)時(shí)，應(yīng)盡可能按等程布置；如果兩側(cè)流量相差懸殊時(shí)，則流量小的一側(cè)可采取多流程布置，以提高流速，獲得較高的傳熱系數(shù)，大流量一側(cè)采用較少的流程，以降低換熱器阻力。相變板式換熱器的相變一側(cè)一般均為單程。

3、流速的選取

流體在板間的流速，影響換熱性能和流體的壓力降，流速高雖然換熱系數(shù)高，但是流體的阻力降也增大。一般板間平均流速為0.2~0.8m/s，主流線上的流速要比平均值高4~5倍。流速低于0.2m/s時(shí)流體就達(dá)不到湍流狀態(tài)且會(huì)形成較大的死角區(qū)，流速過高則會(huì)導(dǎo)致阻力降劇增。

4、非對稱型板式換熱器  

非對稱型板式換熱器根據(jù)冷熱流體的傳熱特性和壓力降要求，改變板片兩面波形幾何結(jié)構(gòu)，形成冷熱流道流通截面不等的板式換熱器。非對稱型板式換熱器的傳熱系數(shù)下降微小，且壓力降大幅減小。冷熱介質(zhì)流量比較大時(shí)，采用非對稱型單流程比采用對稱型單流程的換熱器可減少板片面積15%-30%。近年來國產(chǎn)的板式換熱器出現(xiàn)了非對稱通道的板式換熱器，國外則采取“熱混合”的板片組合方式，允許熱量—流量—壓降三者之間不成比例。

二：如何提高板式換熱器傳熱效率

板式換熱器是間壁傳熱式換熱器，冷流體通過換熱器板片傳熱，流體與板片直接接觸，傳熱方式為熱傳導(dǎo)和對流傳熱。提高板式換熱器傳熱效率的關(guān)鍵是提高傳熱系數(shù)和對數(shù)平均溫差。

1、提高換熱器傳熱系數(shù)  

只有同時(shí)提高板片冷熱兩側(cè)的表面熱系數(shù)，減小垢層熱阻，選用熱導(dǎo)率高的板片，減小板片的厚度，才能有效提高換熱器的傳熱系數(shù)。

①提高板片的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)

由于板式換熱器的波紋能使流體在較小的流速下產(chǎn)生湍流，因此能獲得較高的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)與板片波紋的幾何結(jié)構(gòu)及介質(zhì)的流動(dòng)狀態(tài)有關(guān)。板片的波形包括人字形、平直形、球形等。經(jīng)過多年的研究和實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，波紋斷面形狀為三角形的人字形板片具有較高的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，且波紋的夾角越大，板間流道內(nèi)介質(zhì)流速越高，表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)越大。

②減小污垢層熱阻

減小換熱器的污垢層熱阻的關(guān)鍵是防止板片結(jié)垢。板片結(jié)垢厚度為1mm時(shí)，傳熱系數(shù)降低約10%。因此，必須注意監(jiān)測換熱器冷熱兩端的水質(zhì)，防止板片結(jié)垢，并防止水中雜物附著在板片上。有些供熱單位為防止盜水及鋼件腐蝕，在供熱介質(zhì)中添加藥劑，因此必須注意水質(zhì)和黏性藥劑引起雜物玷污換熱器板片。如果水中有黏性雜物，應(yīng)采用專用過濾器進(jìn)行處理。選用藥劑時(shí)，宜選擇無黏性的藥劑。

③選用導(dǎo)熱率高的板片

板片材質(zhì)可選擇奧氏體不銹鋼、鈦合金、鋼合金等。不銹鋼的導(dǎo)熱性能好，熱導(dǎo)率約14.4W/(mk)，強(qiáng)度高，沖壓性能好，不易被氧化，價(jià)格比鈦合金和銅合金低，但其耐氯離子腐蝕的能力差。

④減小板片厚度

板片的設(shè)計(jì)厚度與其耐腐蝕性能無關(guān)，與換熱器的承壓能力有關(guān)。板片加厚，能提高換熱器的承壓能力。采用人字形板片組合時(shí)，相鄰板片互相倒置，波紋相互接觸，形成了密度大、分布均勻的支點(diǎn)，板片角及邊緣密封結(jié)構(gòu)已逐步完善，使換熱器具有很好的承壓能力。在滿足換熱器承壓能力的前提下，應(yīng)盡量選用較小的板片厚度。

2、提高對數(shù)平均溫差  

板式換熱器流型有逆流、順流和混合流型。在相同工況下，逆流時(shí)對數(shù)平均溫差最大，順流時(shí)最小，混合流型介于二者之間。提高換熱器對數(shù)平均溫差的方法為盡可能采用逆流或接近逆流的混合流型，盡可能提高熱側(cè)流體的溫度，降低冷側(cè)流體的溫度。

3、進(jìn)出口管位置的確定  

對于單流程布置的板式換熱器，為檢修方便，流體進(jìn)出口管應(yīng)盡可能布置在換熱器固定端一側(cè)。介質(zhì)的溫差越大，流體的自然對流越強(qiáng)，形成的滯留帶的影響越明顯，因此介質(zhì)進(jìn)出口位置應(yīng)按熱流體上進(jìn)下出，冷流體下進(jìn)上出布置，以減小滯留帶的影響，提高傳熱效率。