世界能源消耗正在逐步增加，節(jié)新疆換熱器約能源和減少能源消耗是世界各國所共同面臨的問題。目前，在工業(yè)領域能源浪費最為嚴重，其原因在于工質(zhì)余熱的大量浪費，如果能有效回收余熱能量則對于降低能源消耗速度至關(guān)重要。

熱交換器通常又被大家稱作為換熱器，是一種應用在冷、熱流體之間，把熱量通過一定的傳遞方式傳給冷流體的節(jié)能換熱設備。換熱器廣泛應用在化工、石油、冶金、電力、食品等各種領域，因此換熱器對于能量的節(jié)約、回收再利用發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。

多年來，傳統(tǒng)的管殼式換熱器一直在換熱器行業(yè)占據(jù)龍頭地位，它們設計堅固、靈活，但缺乏緊湊性。與管殼式換熱器相比，板式換熱器具有以下較多優(yōu)點：

a.傳熱系數(shù)高；

由于不同的波紋板相互新疆換熱器倒置，構(gòu)成復雜的流道，使流體在波紋板間流道內(nèi)呈旋轉(zhuǎn)三維流動，能在較低的雷諾數(shù)（一般Re=50~200）下產(chǎn)生紊流，所以傳熱系數(shù)高，一般認為是管殼式的3~5倍。

b.對數(shù)平均溫差大，末端溫差小;

在管殼式換熱器中，兩種流體分別在管程和殼程內(nèi)流動，總體上是錯流流動，對數(shù)平均溫差修正系數(shù)小，而板式換熱器多是并流或逆流流動方式，其修正系數(shù)也通常在0.95左右，此外，冷、熱流體在板式換熱器內(nèi)的流動平行于換熱面、無旁流，因此使得板式換熱器的末端溫差小，對水換熱可低于1℃，而管殼式換熱器一般為5℃。

c.占地面積小;

板式換熱器結(jié)構(gòu)緊湊，單位體積內(nèi)的換熱面積為管殼式的2~5倍，也不像管殼式那樣要預留抽出管束的檢修場所，因此實現(xiàn)同樣的換熱量，板式換熱器占地面積約為管殼式換熱器的1/5~1/8。

d.容易改變換熱面積或流程組合；

只要增加或減少幾張板，即可達到增加或減少換熱面積的目的；改變板片排列或更換幾張板片，即可達到所要求的流程組合，適應新的換熱工況，而管殼式換熱器的傳熱面積幾乎不可能增加。

e.重量輕；

板式換熱器的板片厚度僅為0.4~0.8mm，而管殼式換熱器的換熱管的厚度為2.0~2.5mm，管殼式的殼體比板式換熱器的框架重得多，板式換熱器一般只有管殼式重量的1/5左右。

f. 價格低；

采用相同材料，在相同換熱面積下，板式換熱器價格比管殼式約低40%~60%。

g. 制作方便；

板式換熱器的傳熱板是采用沖壓加工，標準化程度高，并可大批生產(chǎn)，管殼式換熱器一般采用手工制作。

h. 容易清洗；

框架式板式換熱器只要松動壓緊螺栓，即可松開板束，卸下板片進行機械清洗，這對需要經(jīng)常清洗設備的換熱過程十分方便。

i. 熱損失小；

板式換熱器只有傳熱板的外殼板暴露在大氣中，因此散熱損失可以忽略不計，也不需要保溫措施。而管殼式換熱器熱損失大，需要隔熱層。

j. 容量較小；

約為管殼式換熱器的10%~20%。

k. 單位長度的壓力損失大；

由于傳熱面之間的間隙較小，傳熱面上有凹凸，因此比傳統(tǒng)的光滑管的壓力損失大。

l. 不易結(jié)垢；

由于內(nèi)部充分湍動，所以不易結(jié)垢，其結(jié)垢系數(shù)僅為管殼式換熱器的1/3~1/10.

m. 工作壓力不宜過大，可能發(fā)生泄露；

板式換熱器采用密封墊密封，工作壓力一般不宜超過2.5MPa，介質(zhì)溫度應在低于250℃以下，否則有可能泄露。

n. 易堵塞；

由于板片間通道很窄，一般只有2~5mm，當換熱介質(zhì)含有較大顆粒或纖維物質(zhì)時，容易堵塞板間通道。

圖1

凹凸板式換熱器是近年來國內(nèi)新興起來的一種新型換熱器，其在化工方面的應用相比其他換熱器具有顯著的優(yōu)勢，不僅密封性好、占地面積少、耐腐蝕，而且換熱能力強。

凹凸板式換熱器其主要換熱部件為凹凸板片。凹凸板片有許多不同名稱如：凹坑板、凸胞板、蜂窩板、鼓泡板和雨滴板等，具體形狀如圖1 所示，本文統(tǒng)稱其為凹凸板片。其中市場上常見的凹凸板片類型是蜂窩板，加工工藝是由兩張薄板通過焊縫或焊點組成不同流道，用液壓或氣壓方式吹脹成不同形狀。凹凸結(jié)構(gòu)的研究源于上世紀80 年代前蘇聯(lián)時期，當時蘇聯(lián)學者稱凹坑能夠強化傳熱的現(xiàn)象為“旋風冷卻”，直到在90年代中期其他國家學者才開始研究有關(guān)凹凸結(jié)構(gòu)對于換熱和阻力的影響。

對換熱器性能進行評價時需要考慮許多因素，如安全性、傳熱性能、加工工藝、阻力特性以及經(jīng)濟性等。早期學者對于換熱器強化傳熱性能的評價方法比較單一，只考慮單一因素對傳熱性能的影響，如總傳熱系數(shù)和壓損等。隨著傳熱技術(shù)的不斷發(fā)展，學者開始從能量利用角度來評價換熱器性能的好壞，并提出了熵方法和?方法。此后更加完善的評價方法接踵而來，研究人員在前人評價方法的基礎之上引入無量綱量，從而延伸出一系列綜合評價方式。本文對研究中常用的幾種方法做了簡要的歸納對比，

具體內(nèi)容如圖2 所示。

在早期為了研究凹凸結(jié)構(gòu)對傳熱的影響狀況，Afanasyev 等人對凹坑板和平板進行了初步的傳熱和流動實驗研究，發(fā)現(xiàn)凹坑板在流動阻力增加不大的前提下，傳熱系數(shù)增長了30%～40%，這就初步驗證了凹坑板相比平板具有更好的傳熱和流動特性。陳歡對單、雙面蜂窩板進行了模擬研究，研究表明蜂窩板相比平板在阻力增加不大的情況下，綜合換熱性能更好，而且單、雙面蜂窩板對于板片內(nèi)部流體的流動傳熱規(guī)律具有一致性，流體流經(jīng)焊點時，相比其他平滑區(qū)域，焊點周圍的換熱系數(shù)更高，并且焊點前的換熱系數(shù)大于焊點后的換熱系數(shù)；在焊點直徑過大時，擾動增強、流動阻力增大，綜合換熱性能降低，所以在一定范圍內(nèi)增大焊點直徑，綜合換熱性能隨之增大。這為以后凹凸板片板型的開發(fā)提供了借鑒依據(jù)。

Ku ** r 等對凹凸板片通道內(nèi)流體的傳熱和流動特性進行了數(shù)值研究，發(fā)現(xiàn)板片焊點直徑對于通道內(nèi)的傳熱影響可以忽略不計，但隨著焊點直徑的增大，通道的綜合換熱性能降低，而且對壓力損失有著直接的影響。Shirzad 等人利用CFD 對凹凸板片進行模擬研究，通過研究不同焊點通道高度、縱向間距和橫向間距對換熱性能的影響，發(fā)現(xiàn)在Re＝1 000～8 000 的范圍內(nèi)，低雷諾數(shù)下，增加板片通道的高度可以提高換熱器的熱性能；增加焊點的橫向和縱向間距，會降低傳熱性能和摩擦系數(shù)，但是減小摩擦系數(shù)的利大于減小換熱的弊，因此在一定的范圍內(nèi)，橫、縱向間距的增大對換熱器性能的提高有一定的作用。

Shirzad 的研究得出橫向和縱向間距的增大有利于換熱器性能的提高，但是并沒有指出橫向和縱向間距增大的極限值，因此關(guān)于橫向縱向間距的研究仍要繼續(xù)。

對于凹凸板片換熱器，不同的鼓泡高度、鼓泡大小、焊點間距、焊點大小以及不同板片排列方式都會改變換熱器的整體換熱性能，不同板型的組合也會導致不同的換熱能力，因此板片結(jié)構(gòu)參數(shù)的優(yōu)化探究還要進一步深入。