板式換熱器的調(diào)研報告

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1、板式換熱器的調(diào)研報告摘要：板式換熱器是由一系列互相平衡、具有波紋表面的薄金屬板相疊而成的一種新型高效、緊湊的熱交換器。本文分析了板片形狀、傾角、波距對傳熱效果的影響。結(jié)果表明：人字形波紋板片的傳熱性能好，承受能力大；波紋傾角通過改變流動狀態(tài)來影響板片通道的傳熱和阻力特性；雷諾數(shù)相同時，新型板式換熱器傳熱效果比傳統(tǒng)人字形板式換熱器好。關(guān)鍵詞：板式換熱器，人字形波紋，凹坑型板片，波紋傾角,波距P一、板式換熱器的研究發(fā)展及現(xiàn)狀板式換熱器在上個世紀(jì)開始提出。早期的板式換器大都用于食品工工業(yè)，如牛乳，蛋液

2、，啤酒等的加工過程中。這是由于早期板片的單板面積小，不能組成單臺面積較大的換熱器。所以只能用于處理物料流量較小的場合。隨著單板面積的增大,能組成單臺板式換熱器的面積也相應(yīng)增大加上板式換熱器水平的提高現(xiàn)在板式換熱器的使用已遍及食品，輕工，化工，機(jī)械，冶金，船舶，電力，石油，交通，運(yùn)輸，城市供熱及采暖，制冷空調(diào)等各個行業(yè)。板式換熱器是由一系列具有一定波紋形狀的金屬片疊裝而成的一種高效換熱器。換熱器的各板片之間形成許多小流通斷面的流道，通過板片進(jìn)行熱量交換,它與常規(guī)的殼管式換熱器相比,在相同的流動阻力

3、和泵功率消耗情況下，其傳熱系數(shù)要高出很多。正是因?yàn)榘迨綋Q熱器的總傳熱系數(shù)高，占地面積小，多種介質(zhì)換熱，對數(shù)平均溫差大，末端溫差小，使用方便等這些優(yōu)點(diǎn)，使得其在日常生產(chǎn)生活中發(fā)展的越來越迅速，被應(yīng)用到各個行業(yè)。二、提高板式換熱器傳熱效果的措施板式換熱器作為一種高效、緊湊的換熱設(shè)備，正被越來越多的領(lǐng)域應(yīng)用。我們先研究不同板片對板式換熱器傳熱性能的影響。1、對比人字型和凹坑型板片的流動和換熱性能材料參數(shù)：人字型波紋板的參數(shù)為:波紋角度為600,波高4mm,波距10mm,流道最窄高度1mm。凹坑板的參數(shù)

4、為:通道高度H為4mm,凹坑直徑D為25mm,凹坑在板片上均勻分布,產(chǎn)生的壓痕直徑d為13.56mm,深度e為2mm,相鄰兩個凹坑之間的距離p1和p2分別為7.33mm和4.83mm。以水為流動介質(zhì),其熱物性參數(shù)為黏性系數(shù),密度,導(dǎo)熱系數(shù),比熱容邊界條件在數(shù)值模擬過程中,作如下假設(shè)：流體在通道中處于穩(wěn)定流動和換熱狀并且是不可壓縮的牛頓流體；重力加速度方向與流體流動方向相同；忽略流體流動時的勃性耗散作用所產(chǎn)生的熱效應(yīng)；流體進(jìn)口速度給定,來流溫度,出口壓力恒定為一個標(biāo)準(zhǔn)大氣壓；板片的壁溫293K,通

5、道周邊與外界無質(zhì)量和熱量的交換。采用FLUENT6.3對板片間的流場進(jìn)行了數(shù)值模擬，圖1是人字型波紋和凹坑型板片通道內(nèi)的平均努塞爾數(shù)和阻力系數(shù)f隨雷諾數(shù)的變化情況。隨著雷諾數(shù)的增加(即質(zhì)量流量的增加),努塞爾數(shù)和阻力系數(shù)f分別增加和減小。因此,增加流速的同時,不僅可以提高板式換熱器的換熱能力,同時可以使得流動的阻力系數(shù)不斷減小。為了綜合地比較兩種不同板片換熱和流動的綜合性能,圖2給出了它們的綜合傳熱性能因子隨雷諾數(shù)的變化情況.可以看到,在相同的雷諾數(shù)下,雖然人字型板片的換熱效果更好(努塞爾數(shù)更大

6、),但由于流體在其內(nèi)部流動時的阻力更大(f更大),所以凹坑板片的綜合性能更優(yōu)。圖1人字和凹坑型板片平均努賽爾數(shù)，阻力系數(shù)f隨雷諾數(shù)的變化圖2人字和凹坑型板片綜合傳熱性能因子隨雷諾數(shù)的變化由于人字形波紋板片具有傳熱性能好、承壓能力大等優(yōu)點(diǎn)，所以現(xiàn)有板式換熱器板片波紋形狀以人字形最多。下面我們研究人字形波紋幾何參數(shù)對板式換熱器換熱的影響。2、人字形波紋幾何參數(shù)對板式換熱器換熱的影響現(xiàn)有文獻(xiàn)均認(rèn)為人字形波紋與板片軸線的夾角β(也叫波紋傾角)是影響人字形板式換熱器性能的重要幾何參數(shù)，它通過改變流動狀態(tài)來

7、影響板片通道的傳熱和阻力特性。利用FLUENT軟件對人字形板式換熱器內(nèi)板片間的流場進(jìn)行了數(shù)值模擬,研究了人字形波紋板式換熱器內(nèi)流動形態(tài)的影響規(guī)律并對波紋幾何參數(shù)對流動形態(tài)的影響機(jī)理進(jìn)行了分析。a、波紋傾角β不同時對人字形板式換熱器的換熱影響人字形波紋板片組成的流動通道如圖3所示。波紋傾角β的兩塊板片相互倒置后疊放在一起形成周期性變化的流動通道，波紋間距P、波高H及波紋傾角β是板片的主要幾何參數(shù)，也是影響板式換熱器流動和換熱特性的主要因素。通過數(shù)值模擬人字形波紋板片間的流場，得到了W.W.Fock

8、e和趙鎮(zhèn)南等人的實(shí)驗(yàn)一致的結(jié)果：β=30°和β=40°時波紋通道內(nèi)介質(zhì)的流場，流體流動明顯呈“兩組十字交叉流”的形式，即流體先在一側(cè)板上沿溝槽流動，到板片邊緣時反射折轉(zhuǎn)到通道另一側(cè)板片的溝槽中向另一邊緣流動。圖3波紋通道幾何形狀而β=60°和β=70°時波紋通道內(nèi)介質(zhì)的流場，流體的流動狀態(tài)已由“兩組十字交叉流”轉(zhuǎn)變成文獻(xiàn)上所謂的“曲折流”,即流動折返點(diǎn)已不是板片的邊緣，而是在波紋的每個接觸點(diǎn)上，流動呈連續(xù)的并行小波紋狀。傾角β對流動形態(tài)的影響可以作如下分析(圖4)：流體在板片間沿主流(即板片軸線