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，構成復雜的流道，使流體在波紋板間流道內呈旋轉三維流動，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;

板式換熱器結構緊湊，單位體積內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?。?/p>

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. 不易結垢；

由于內部充分湍動，所以不易結垢，其結垢系數(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，當換熱介質含有較大顆?；蚶w維物質時，容易堵塞板間通道。

圖1

凹凸板式換熱器是近年來國內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。凹凸結構的研究源于上世紀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凹凸結構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，

具體內容如圖2 所示。

在早期為了研究凹凸結構對傳熱的影響狀況，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，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，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，因此板片結構參數(shù)的優(yōu)化探究還要進一步深入。