板式换热器传热与流动分析
板式换热器传热性能与流动特性研究
板式换热器传热性能与流动特性研究板式换热器是一种广泛应用于工业生产和家用领域的热交换设备，它的主要作用是通过板与板之间的换热传导，将一个流体的热量传递给另一个流体，以达到加热、冷却或恒温的目的。
在这个过程中，板式换热器的传热性能和流动特性是非常重要的参数，它们直接影响着换热效率和工作稳定性，因此被广泛研究和探讨。
首先来讲一下板式换热器的传热性能。
传热性能是指热量在板式换热器中传递的效率，在板式换热器的设计中，传热性能是一个非常重要的指标。
板式换热器的传热性能与其结构形式、热传导系数、热流密度等因素密切相关。
其中最主要的因素是板结构形式和板间距。
板结构形式是指不同类型的板式换热器之间的不同结构形式，例如对流板式换热器、波纹板式换热器、蜂窝式板式换热器等。
这些不同类型的板式换热器结构在传热性能方面表现也各不相同。
以对流板式换热器为例，其板间距较小，板式热交换面积较大，换热传导能力很强，因此传热性能也较高。
而波纹板式换热器则是通过板的波纹结构来增加板间距，从而增加流体的流通和混合效果，有效提高传热性能。
另外，板间距也是影响板式换热器传热性能的重要因素。
板间距越小，流体在板间的接触时间越长，传热效率也就越高。
但是板间距过小容易造成堵塞和积垢等问题，影响板式换热器的正常操作。
因此，在设计板式换热器时，需要合理控制板间距，以兼顾传热性能和运行稳定性。
除了传热性能，板式换热器的流动特性也是一个重要的研究方向。
流动特性是指其中的流体在管路内的流动规律，包括速度分布、压力分布等参数。
板式换热器的流动特性不仅影响传热效率，还会影响流体的混合和阻力等问题。
在板式换热器的流动特性研究中，常用的方法主要有实验和数值模拟。
实验方法是通过对换热器内流体的温度场和压力场进行测量，得到流动特性的参数值。
数值模拟则是通过计算机模拟的方法，对流体在板式换热器中的运动进行仿真，得到流动特性的数值结果。
两种方法各有优缺点，在实际研究中需要根据需求和条件，选择合适的方法进行。
板式换热器流量与流速
对称型板式换热器由板片两面波纹几何结构相同的板片组成，形成冷热流道流通截面积相等的板式换热器。
非对称型板式换热器根据冷热流体的传热特性和压力降要求，改变板片两面波形几何结构，形成冷热流道流通截面积不等的板式换热器，宽流道一侧的角孑L直径较大。
非对称型板式换热器的传热系数下降微小，且压力降大幅减小。
冷热介质流量比较大时，采用非对称型单流程比采用对称型单流程的换热器可减少板片面积15%一3O%。
当冷热介质流量比较大时，可在大流量一侧换热器进出口之问设旁通管，减少进入换热器流量，降低阻力。
为便于调节，在旁通管上应安装调节阀。
该方式应采用逆流布置，使冷介质出换热器的温度较高，保证换热器出口合流后的冷介质温度能达到设计要求。
设换热器旁通管可保证换热器有较高的传热系数，降低换热器阻力，但调节略繁。
换热器正常工作压力根据软水系统闭路循环的特点，换热器正常工作压力最小值应为软水系统循环水泵出口压力与高炉高位膨胀水箱水位高度之和。
冷却水进、出换热器温度根据夏季冷却水供水温度及冷却塔工作能力，冷却水进换热器温度宜小于32℃，出换热器温度宜小于37℃。
进出口管径进出口管径的大小以介质在管道内的流动速度小于3m／S为宜来确定，最大流速宜小于4m／s。
板式换热器的冷却水和被冷却水在波纹板的两侧对流，波纹采用人字形波纹，这些传热板的波纹斜交，即在相邻的传热板上具有倾斜角相同而方向不同的波纹。
沿流动方向横截面积是恒定的，但是由于流动方向不断变化致使流道形状改变，而引起湍流。
一般传热板的波纹深度为3～5mm，湍流区流速约为0.1～1.0m／s，波纹板很薄，厚度为0．6～1mm，相邻板间要有许多接触点，以承受正常的运行压力，相邻的板有相反方向的人字形沟槽，两种沟槽的交叉点就形成接触点，这样还可消除振动，并且在促进湍流和热交换的同时，消除了由于疲劳裂缝引起的内部泄漏。
人字形波纹板湍流度较高，高湍流还能充分发挥清洗作用，可以特别有效的将沉积污垢减至最小，但是波纹板的接触点较多，当液体水质差，含有悬浮的固体颗粒、杂物和水草等时，由于板间隙很窄，所以要尽可能地保证将所有2mm以上颗粒在进入换热器以前，都要过滤掉，假如滤网不能有效地发挥作用，就容易发生堵塞。
板式换热器传热与流动分析
Internal Combustion Engine &Parts0引言随着经济的发展和人民物质生活提高，使得资源不断地减少，新能源的利用成为了必须。
能够合理且有效的对新能源的利用是如今较为热门话题，提高能源的利用率也是当今科学研究者较为关注的热点问题。
板式换热器是一种较为常见的工业设备，板式换热器是众多板式换热器中的一种，由于其传热系数高、适应性大、结构紧凑、易拆洗和维修、污垢系数小等优点，被广泛的应用于化工、食品、制冷、空调等工业领域[1]。
本文主要是对板式换热器的流动与传热进行分析，使读者更加容易的了解流体在流道内的流动特性及板式换热器的传热机理。
1板式换热器的结构特点与换热原理通常情况下，板式换热器主要是由活动板、立柱、固定板、热板片、密封垫片、加紧螺栓等重要部件组成[2]，板式换热器的总体结构图如图1所示。
从图中可以看出，为了放置板式换热器内部液体的外渗和换热液体的互漏，在换热板片的四个角上留有4个孔并密封垫片。
一旦开始加紧螺栓，多个换热板片就会密封衔接。
此时各个板片角孔之间互通，就形成了流体通道，如此液体即可在各个通道内流动，从而形成热交换。
压紧板分为两种，分别是活动压紧板、固定压紧板，通过将压紧板和夹紧螺栓一起能够起到固定垫圈的作用，将板式换热器的密封力增强，从而有效地避免了板式换热器内部流体的外渗。
换热板片是板式换热器中重要部件，目前应用最为广泛的有两种，分别是水平直线波纹状金属板片和人字形波纹状金属板片，通过金属板的压制，可将热板片分割成波纹区和导流区，形成板片后，通过螺栓紧固压紧板、固定板、支柱等部件，即可形成整个板式换热器模型。
在板片与板片之间实现液体的流动，冷热两流体沿着流道错开流动，冷热两流体之间的板片即为换热片。
板式换热器内部采用的间壁式传热方式实现流体在其内部的流动传热，采用冷热通道内液体通过中间波纹板耦合换热为一个换热单元进行分析[3]，整个板式板式换热器的换热过程可以分为3步。
板式换热器传热与流动分析
较小 、 重量轻 、 污垢 系数 低 、 拆 卸方 便 、 板 片 品种 多样性 且适 用 指导 热 介质都 是 液体 的热 量传 递方 式 。对流 换热 的 传热 过程
范 围广 ， 在各行 各业 中得到广泛 应用 。炼油 化工厂 的生产 中常 就是 液体把 热量传递 给板 片 ， 或者板 片把热 量传递 给液 体的热
板式 换热 器 质量 显 的能 源短 缺 问题 ， 可 利用热 源 的温 度越 来越 低 ， 热 板允 许 的 板式 换热 器具有 一定 的 自我清 洁功能 。此外 ，
所以被广 泛应用于 各工业生产 中 。 温差 会逐渐 变得 更小 ， 这样 一来对 换热技 术和换 热器 的性 能要 轻便 于安装而 且价 格低 ， 求 也就 更高 了。板式 换 热器 的基 本发 展趋 势是 提高 换热 器 的 １ ． ２板式换热器的热传递与流体流动
传 热效率 、 提 高换热 器的结 构紧凑 性 、 降低 材料消耗 ， 增强换 热
性 及扩大容量 的 灵活性 。 近些年 ， 板式换 热 器技 术 日渐成熟 ， 它的传热 效率 高、 体 积
板式 换 热器 中流 体 间热 传递 的热 量交 换通 常都 是 通过 流
器承受 高温 、 高压 、 超 低温以 及耐腐 蚀的能 力 ， 保证换 热器互 换 体 的对流 方式 交换 热量 或者 改 变流 体形 态方 式交 换热 量 以及 通过换热 器的板片导热 来进行 的。 １ ． ２ ． １ 对流 方式 板式换 热器 中的对 向流体 交换热 量方 式是
减 少投 资成 本 ， 而 且还能 够节 约 大额 的水 费和 维修 费 ； 板式 换 体 的运 动状 况相 关联 。对 流导 热方 式分 为 自然 对流 热传 递 和
自然对 流热传 递是依 据液 体 间不 同 热 器在化学 工业 中 ， 可以用 于加热 、 冷却、 蒸发各 种酸 、 碱、 盐类 强制对流 热传递 两种方式 ， 化学品； 在食 品加 工 工业 中 ， 可利 用板 式换 热 器对食 品进 行加 位置温 度 不 同所 产 生的 的温 度差 而使 得液 体 间进行 热 量交 换 强制对 流换热是 液体 在机械 外力对 其做功 的情况 下 热、 冷却 、 杀菌 等 ； 板式 换热 器 也可应 用于 供 暖中 ， 如 暖 气就是 的热传递 ； 通过 泵的作 用力下 液体在 板 依 据板 式换 热 器原理 所 生成一 种 简单 的板 式换 热器 ； 同理 ， 板 所产生 的流动时 引起 的热量 传递 ， 式 换热 器也可用 于制药 工业 中 ， 在 药 品加 工过程 中对 药物进 行 式换 热 器中流 动时 的热 传递 都属 于 强制 对流换 热 。一 般情 况 板式 换热 器 中液体 在外 力作用 下的流 动流速都 会大 大超 加热、 冷却 、 结 晶以及 杀菌等 ， 板 式换热 器也 可用于机 械制造 工 来说 ，
波形通道印刷电路板式换热器流动传热特性研究
第53卷第2期 辽 宁 化 工 Vol.53，No. 2 2024年2月 Liaoning Chemical Industry February，2024波形通道印刷电路板式换热器流动传热特性研究安 雯（西安石油大学， 陕西 西安 710065）摘 要：使用数值模拟方法研究了超临界LNG在波形通道印刷电路板式换热器中的流动传热特性，针对不同质量流量和不同进口温度进行了模拟。
结果显示，在质量流量在0.72 kg/h至1.44 kg/h范围内增加时，流体的质量流量增加对流动传热性能有积极的影响。
此外，在进口温度在120~140 K范围内增加时，进口温度对印刷电路板式LNG气化器的热力性能有积极的影响，对水力性能的影响较小。
因此，适当提高流体的质量流量和进口温度有助于提高波形通道印刷电路板式换热器的热工水力性能。
关 键 词：印刷电路板式换热器； 超临界LNG； 数值模拟中图分类号：TQ052.6 文献标识码： A 文章编号： 1004-0935（2024）02-0214-05选用高效清洁的能源及高性能的换热设备是提高热能利用率、减少损耗的有效途径之一[1]。
为应对传统燃料如煤和石油储量的日益减少以及污染较大的问题，作为低碳清洁的化石能源，天然气在能源体系从化石能源向可再生能源过渡中扮演着重要的角色，成为可再生能源的理想伴侣[2]。
近年来，天然气（Natural Gas，NG）开始被广泛应用于各个领域。
天然气因其环保、清洁的性质以及高效、经济的优势，被普遍认为是目前传统燃料如煤和石油的最佳替代品，需求量迅速增加。
液化天然气（Liquefied Natural Gas，LNG）是目前实现天然气大批量储运的最普遍方式[3-4]。
LNG在使用前必须气化，因此提高换热器的效率对于LNG的实际应用具有重要意义。
印刷电路板式换热器（PCHE）是一种微通道换热器，其流体通道由金属板片通过光化学蚀刻技术加工而成。
相比传统换热器，PCHE具有多个优点，如高换热效率、耐低温高温（-196~900 ℃）和耐高压（60 MPa）等[5-6]。
板式换热器的作用原理
板式换热器的作用原理
板式换热器是一种常用的传热设备，其作用原理是利用流体介质在板之间流动，通过板的热传导和流体的对流来完成传热。
具体来说，板式换热器由一系列平行排列的金属板组成，每两个相邻的板之间形成一个狭窄的通道，流体通过这些通道流动。
板的表面通常有一系列凹凸的形状，可以增加流体的湍流程度，提高传热效果。
当热交换开始时，热源（通常是热水或蒸汽）进入板式换热器的一个进口，流经流体介质所在的一侧。
传热介质吸收热量后，温度升高，流动到换热器的另一侧的出口。
同时，冷却介质（通常是冷水或冷却剂）从另一个进口进入换热器的另一侧，流经板间通道，接触热板并吸收热量。
最后，冷却介质的温度升高，流出换热器的出口。
在这个过程中，热量通过板的热导率传递到流体介质，在流体中通过传导和对流的方式传播。
板之间的狭窄通道形成了流体的强制流动，从而增加了热传导效果。
另外，板表面的凹凸形状可以增加流体的湍流程度，提高传热效率。
通过调节进出口流体介质的流量、温度和压力等参数，可以控制板式换热器的传热效果。
板式换热器具有体积小、传热效率高、维护方便等优点，在许多工业领域得到广泛应用。
热交换器的传热效率与流动阻力分析
热交换器的传热效率与流动阻力分析热交换器是一种常见的设备，广泛应用于各个领域，如电力、化工、制药等。
它的主要功能是通过传导、对流和辐射等方式，实现两种流体之间的热量传递。
而热交换器的传热效率和流动阻力则是评价其性能的关键指标。
一、传热效率分析热交换器的传热效率是指单位时间内实际传递的热量与理论传递的热量之比。
理论传递的热量可以通过传热方程计算得到，而实际传递的热量则取决于热交换器的结构和工作条件。
首先，热交换器的结构对传热效率有重要影响。
常见的热交换器结构包括管壳式、板式和螺旋式等，它们的传热特性不同。
管壳式热交换器通过在壳体内放置许多管子，实现了大面积的热交换，传热效率较高。
而板式热交换器则通过在平行板间形成复杂的流动通道，增大了热交换面积，传热效率也较高。
螺旋式热交换器则采用涡旋流动，使流体在径向和切向上都有较好的混合，传热效果也较好。
其次，热交换器的工作条件对传热效率也有重要影响。
流体流速的选择是影响传热效率和流动阻力的关键因素之一。
在一定流速范围内，流速越大，对流传热系数越大，传热效率越高。
但是过高的流速可能会增加流体的压降，导致较大的能耗。
此外，传热介质的选择也会影响传热效率。
不同的传热介质具有不同的传热性能，例如水、油和空气等。
在选择传热介质时，需要综合考虑其传热系数、比热容和粘度等因素。
在实际应用中，还需要考虑热交换器的传热面积和热传导的阻力。
传热面积越大，传热效率越高。
而热传导的阻力会影响流体的流动性能，需要适当控制，避免过高的压降。
二、流动阻力分析热交换器的流动阻力是指流体在流动过程中所受到的阻力。
它受到流体流速、流道形状和热交换器结构的影响。
首先，流体的流速对流动阻力有重要影响。
流体流速越大，阻力越大。
这是因为在高速流动的情况下，流体分子的运动速度较快，与管道壁面的摩擦力增大，从而增加了整个流动系统的阻力。
其次，流道形状对流动阻力的影响也非常明显。
例如，当流体在直径不变的管道中流动时，满管流动的阻力要小于半管流动。
板式换热器流动与传热数值分析
板式换热器流动与传热数值分析板式换热器是目前工业生产中常用的传热设备，使用广泛且应用范围广泛。
为了更好地了解板式换热器的传热机理和流动特性，我们对其进行数值分析。
本文将从板式换热器工作原理、数学模型、数值方法和结果分析等方面展开讨论。
一、板式换热器工作原理板式换热器是一种通过板与板之间的传热面积实现传热和传质的设备。
它由多个平行排列的金属板组成，热流体和冷流体通过板之间的流道交替流动，从而实现传热和传质。
在板式换热器中，热流体和冷流体通过对流的方式进行热量交换。
当热流体从上面流过时，它的温度会降低，并且热量会通过板传递给冷流体。
冷流体则在经过板后的流道中升温，吸收热量。
二、数学模型为了进行数值分析，我们需要建立板式换热器的数学模型。
在这个模型中，我们考虑了质量守恒、动量守恒和能量守恒等方程。
质量守恒方程:∂ρ/∂t + ∇·(ρu) = 0动量守恒方程：ρ(∂u/∂t + u·∇u) = -∇P + μ∇^2u + ρg能量守恒方程：ρCp(∂T/∂t + u·∇T) = ∇·(k∇T) + H其中，ρ表示流体密度，u表示流体速度，P表示压力，μ表示动力粘度，γ表示比热容，k表示热传导系数，H表示热源项。
三、数值方法为了解决数学模型中的方程，我们采用了有限体积法进行数值求解。
将传热设备空间离散为若干小单元，对每个小单元进行质量守恒、动量守恒和能量守恒的计算，得到它们之间的关系。
通过迭代求解，获得整个板式换热器的流动和传热情况。
四、结果分析通过数值计算，我们可以得到板式换热器的流动和传热数值结果。
通过对结果的分析，我们可以了解到板式换热器在不同工况下的传热效果以及流动特性。
在传热效果方面，我们可以计算出板式换热器的传热系数和换热效率。
通过调节流体的流量和温度等参数，可以改变传热系数和换热效率。
同时，我们还可以计算出板式换热器的压降和温度分布等特性。
在流动特性方面，我们可以观察到流体在板式换热器中的流动情况。
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板式换热器传热与流动分析
摘要：在换热设备中，板式换热器是传热系数比较高的一种，且具有高效、紧凑、容易拆洗等优点。
但同时也具有一些缺陷，如流动阻力比较大、压力承受能力不足等。
因此，让换热性能更好的与流动阻力相互匹配也就成了板式换热器一直以来需要研究改进的重点。
然而，由于板式换热器流道形状比较复杂，叠放的方式有很多种，一直以来对其优化和改进的研究都没有突破性的进展。
本文通过对板式换热器的传热与流动进行分析，为板式换热器的改进和优化提供一些建议，使板式换热器的换热特性与流动阻力能够获得更好的匹配。
关键词：板式换热器传热流动阻力
板式换热器是用压制有波纹的薄金属换热板片叠装而成的一种换热设备，由于其高效、紧凑、传热性能高等特点，近几年在石化行业被广泛利用。
板式换热器虽然具有结构紧凑、传热系数高、易拆洗等优点，但其是通过板片进行热量交换，而各板片之间形成的小流通断面流道又相当多，因此流动阻力也较大。
在各方面条件相同的情况下，板式换热器的传热系数是其他换热器传热系数的2倍左右。
长期以来，为了解决板式换热器流动阻力大的缺点，对其复杂的流道形状和花样繁多的叠放方式不断进行研究和改进，但一直没有突破性的进展。
本文通过对板式换热器的传热与流动的优缺点的进行分析，为板式换热器的改进和优化提供一些建议，使板式换热器的换热特性与流动阻力能够获得更好的匹配。
1.板式换热器的构造、工作原理以及特点
板式换热器结构非常紧凑，是由一组平行、具有波纹表面的薄金属板相叠而成。
两侧的流道内流动着冷、热流体，那些传热板片能够起到换热的作用。
此外，除了金属板片，板式换热器的结构中还有密封垫圈、压紧装置等附属构件。
密封垫圈的主要作用是防止流体的外漏以及两流体之间的内漏，然而，在换热器运行中产生的压力、温度以及工作流体的腐蚀都会对密封垫圈造成损害，所以，密封垫圈的性能直接影响着板式换热器使用寿命；压紧装置由两部分组成，即压紧板和压紧螺栓，压紧装置能够将密封垫圈压紧，从而使其的密封力增加，保证不会出现泄漏。
在板式换热器的结构中，换热元件有多种，但以金属波纹板片最为重要。
板片波纹呈水平平直、斜形以及人字形等不同的几何形状；板间流体的流动形貌包括管状、网状、带状等流动。
其中，人字形波纹板片和水平平直波纹板片是目前使用比较广泛的波纹板片。
波纹板片的性能主要由传热效率、流体的阻力以及压力承受能力来衡量。
相对来说，人字形波纹板片由于其板间流道截面变化多端，比较复杂，容易出现湍流，流体在湍流的情况下就会消耗更多的能量，因此，人字形波纹板片的传热效率比较高，且流动阻力大、承压能力也比较好；而水平平直波纹板片的流道变化则比较规则，没有那么复杂，因此这些性能也相对比较低一些。
总的来说，在目前常用的板式换热器使用的板片中来说，人字形波纹板片的性能是相对比较好的。
2.板式换热器的优点
与目前其他常用的换热器类型相比，板式换热器具有较多的优点，包括：
①板式换热器的传热板间隔比较狭窄，冷热流体在内流动不会有短路的现象发生，所有的压力损失都会作用在有效流动上，这样一来，在同样的压差下，板式换热器的传热效率就会比管壳式的高出，通过有关数据显示，一般情况下板式换热器的传热效率是管壳式的2-4倍；
②板式换热器能够将逆流换热较好的实现，因此其有效传热温差就比较大；
③板式换热器由于其紧凑的机构，占地面积非常小，通常情况下并不需额外专用的场地；
④板式换热器的传热板片可以随增随减，因此，能够对运行过程中的热负荷变化需要灵活适应；
⑤在同样的热荷载与材质的情况下，板式换热器价格相对低廉；
⑥板式换热器能够实现同一个换热器完成两种或以上流体之间的换热，而且非常方便；
⑦板式换热器的传热板片是由金属薄板冷压制成，制作方式简单，不需要焊接等工序，这也拓宽了其材质的选择；
⑧板式换热器的传热板片非常薄，大约为0.5-1.2毫米，重量也因此而非常轻，这是其他换热器所不能比拟的；
⑨板式换热器由于其传热系数高，能够选择比较低的传热温差，非常适合低位能热量回收，其热回收率能达到90%，这也是其他类型的换热器所必能媲美的；
⑩狭窄的流动通道使得介质的滞留量非常小，能够在热敏性物料传热中很好的使用，同时在要求温度响应较快的系统中也非常适合应用；
3.板式换热器存在的缺点
①增大传热系数K能够让传热效果增加，但同时也会让流动阻力随着增加，这也会让运行的费用跟着增加，选择传热系数还是选择压降，这一直都是一个争议比较大的问题。
根据用户的反应情况发现，板式换热器的实际出力与设计值有较大的差距。
一开始，板式换热器能够对设计要求的供热品质进行保证，但在使用后期就会由于污垢的出现而不能对设计要求的二次热水参数进行保证，这与其实际运行条件、工程设计条件以及产品实验条件之间存在的差异喉管，同时也受到了设备选型中计算数据取值不当的影响；
②承温承压性能一直都是板式换热器存在的一个很重要的缺点，直接影响着其应用范围的扩大，继续研发出耐温、耐压、可长期使用的密封垫片；
③由于工作的压力，不能准确计算满足强度要求的板材强度，节省材料消耗研究需要加大；
④目前我国板式换热器规格没有形成统一的标准；
⑤其他，冷凝型板式换热器技以及适用于恶劣环境板式换热器还不够成熟，。
4.结语
总体来说，在板式换热器的制造技术以及应用方面，我国与国外的差距还是比较大，目前国内开发的板片波纹形式只有水平波纹、人字形波纹以及斜波纹三种，而且规格也比较少，需要对板片结构的研究与开发进行加强。
此外。
本文特别强调，板式换热器在强化传热时的流体阻力比相同雷诺数下管交式换热器的流体阻力高出许多，大约在10-20倍之间，有的甚至高达四百多倍。
从而，板型的合理选择，能够让泵功率最大经济的利用，这也是板式换热器将来优化和改进的重要研究课题。
参考文献
[1]陶文锉.数值传热学【第二版】.西安：西安交通大学出版社.2001
[2]朱曾用，板式换热器的国内外概况：动态，进展与展望，制冷.2006，（3）.-34-38
[3]反式换热器在集中供热系统中的应用问题，安英华，区域供热.2003，（3）.-29-31。