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    板式換熱器的結(jié)構(gòu)傳熱、提高換熱效率的方法

    2020-12-27

    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(duì)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(jiàn)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(duì)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(wèn)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(duì)于一般對(duì)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(guò)高則會(huì)導(dǎo)致阻力降劇增。


    4、非對(duì)稱型板式換熱器  


    非對(duì)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(duì)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(duì)稱型單流程比采用對(duì)稱型單流程的換熱器可減少板片面積15%-30%。近年來(lái)國(guó)產(chǎn)的板式換熱器出現(xiàn)了非對(duì)稱通道的板式換熱器,國(guó)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(guò)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(duì)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(duì)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(guò)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(cè)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(guò)濾器進(jìn)行處理。選用藥劑時(shí),宜選擇無(wú)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(wú)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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)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。


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