宋清麗(遼寧省本溪市化學(xué)工業(yè)學(xué)校，遼寧 本溪 117000)

當(dāng)今，越來越嚴(yán)重的世界能源危機(jī)有力的促進(jìn)了傳熱強(qiáng)化技術(shù)的發(fā)展，為了節(jié)能降耗，減少工業(yè)成本，加快工業(yè)的生產(chǎn)效率，提高工業(yè)的經(jīng)濟(jì)產(chǎn)值，開發(fā)適用于各行工業(yè)作業(yè)過程中所需要的高效能換熱設(shè)備是極其有必要的。因?yàn)殡S著越來越明顯的能源短缺問題，可利用熱源的溫度越來越低，熱板允許的溫差會(huì)逐漸變得更小，這樣一來對(duì)換熱技術(shù)和換熱器的性能要求也就更高了。板式換熱器的基本發(fā)展趨勢是提高換熱器的傳熱效率、提高換熱器的結(jié)構(gòu)緊湊性、降低材料消耗，增強(qiáng)換熱器承受高溫、高壓、超低溫以及耐腐蝕的能力，保證換熱器互換性及擴(kuò)大容量的靈活性。

近些年，板式換熱器技術(shù)日漸成熟，它的傳熱效率高、體積較小、重量輕、污垢系數(shù)低、拆卸方便、板片品種多樣性且適用范圍廣，在各行各業(yè)中得到廣泛應(yīng)用。煉油化工廠的生產(chǎn)中常常會(huì)產(chǎn)生出大量溫度稍高的廢水，可應(yīng)用板式換熱器將廢水中的熱量回收；在純堿廠中應(yīng)用換熱器代替噴淋冷凝器不僅能夠減少投資成本，而且還能夠節(jié)約大額的水費(fèi)和維修費(fèi)；板式換熱器在化學(xué)工業(yè)中，可以用于加熱、冷卻、蒸發(fā)各種酸、堿、鹽類化學(xué)品；在食品加工工業(yè)中，可利用板式換熱器對(duì)食品進(jìn)行加熱、冷卻、殺菌等；板式換熱器也可應(yīng)用于供暖中，如暖氣就是依據(jù)板式換熱器原理所生成一種簡單的板式換熱器；同理，板式換熱器也可用于制藥工業(yè)中，在藥品加工過程中對(duì)藥物進(jìn)行加熱、冷卻、結(jié)晶以及殺菌等；板式換熱器也可用于機(jī)械制造工業(yè)中對(duì)各種淬火液進(jìn)行冷卻，還能夠冷卻壓力機(jī)、工業(yè)母機(jī)潤滑油，還可以加熱發(fā)動(dòng)機(jī)用油；除此之外，換熱器在紡織工業(yè)、油脂工業(yè)、電力工業(yè)等等各行業(yè)也都發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。

1 對(duì)板式換熱器傳熱與流動(dòng)分析和研究

1.1 板式換熱器的工作原理及優(yōu)越性

板式換熱器的換熱性能是依據(jù)熱學(xué)定律：“熱量能夠自主的從溫度高的物體傳給溫度相對(duì)較低的物體，但是不能自主的從溫度低的物體傳遞給溫度相對(duì)較高的問題”,熱量在存在溫差的兩種物質(zhì)之間進(jìn)行熱傳遞，由于熱傳遞板表面采用特定接觸面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使得板式換熱器的熱傳遞率在百分之九十五以上，即使換熱器中的液體的流速在雷諾準(zhǔn)數(shù)值以下，液體在板片之間做的運(yùn)動(dòng)也是空間性運(yùn)動(dòng)，這種運(yùn)動(dòng)就能夠加速液體的劇烈運(yùn)動(dòng)，減少邊界層對(duì)熱量傳遞的阻礙，增大熱量傳遞效率。板式換熱器由于其所特有的優(yōu)越性因而被廣泛應(yīng)用。板式換熱器具有傳熱系數(shù)高的特點(diǎn)，其板片所特有的波紋結(jié)構(gòu)能夠使流體即使在小流速的換熱器中產(chǎn)生急流，從而使流體能夠高效率傳遞熱量。板式換熱器的體積小使得它的占地范圍也很小，但是它的傳熱面積大，因?yàn)閾Q熱器中的流體的劇烈運(yùn)動(dòng)使得換熱器具有極強(qiáng)的傳熱能力。板式換熱器的熱量傳遞主要是通過換熱器中的流體劇烈運(yùn)動(dòng)，流體運(yùn)動(dòng)過程中就會(huì)對(duì)換熱器內(nèi)部造成沖洗，因此板式換熱器內(nèi)部不易沉積污垢，使得板式換熱器具有一定的自我清潔功能。此外，板式換熱器質(zhì)量輕便于安裝而且價(jià)格低，所以被廣泛應(yīng)用于各工業(yè)生產(chǎn)中。

1.2 板式換熱器的熱傳遞與流體流動(dòng)

板式換熱器中流體間熱傳遞的熱量交換通常都是通過流體的對(duì)流方式交換熱量或者改變流體形態(tài)方式交換熱量以及通過換熱器的板片導(dǎo)熱來進(jìn)行的。

1.2.1 對(duì)流方式板式換熱器中的對(duì)向流體交換熱量方式是指導(dǎo)熱介質(zhì)都是液體的熱量傳遞方式。對(duì)流換熱的傳熱過程就是液體把熱量傳遞給板片，或者板片把熱量傳遞給液體的熱量傳遞過程，這種熱傳遞方式主要是通過液體的運(yùn)動(dòng)以及液體間熱量傳遞來進(jìn)行的，因此這種熱量傳遞方式的傳熱效率與液體的運(yùn)動(dòng)狀況相關(guān)聯(lián)。對(duì)流導(dǎo)熱方式分為自然對(duì)流熱傳遞和強(qiáng)制對(duì)流熱傳遞兩種方式，自然對(duì)流熱傳遞是依據(jù)液體間不同位置溫度不同所產(chǎn)生的的溫度差而使得液體間進(jìn)行熱量交換的熱傳遞；強(qiáng)制對(duì)流換熱是液體在機(jī)械外力對(duì)其做功的情況下所產(chǎn)生的流動(dòng)時(shí)引起的熱量傳遞，通過泵的作用力下液體在板式換熱器中流動(dòng)時(shí)的熱傳遞都屬于強(qiáng)制對(duì)流換熱。一般情況來說，板式換熱器中液體在外力作用下的流動(dòng)流速都會(huì)大大超過流體自然流動(dòng)時(shí)的流速，所以強(qiáng)制換熱方式的傳熱性能以及傳熱效率都會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出自然換熱方式時(shí)的傳熱性能和傳熱效率。影響對(duì)流熱傳遞的因素具有多樣性的，如換熱期中液體的粘稠度、液體的密度、液體的導(dǎo)熱性能等，也與板式換熱器中板片的大小、形狀等有關(guān)。

1.2.2 形態(tài)改變方式在對(duì)流熱傳遞中液體蒸發(fā)所形成的蒸汽發(fā)生冷卻凝結(jié)或者液體出現(xiàn)沸騰這種現(xiàn)象的過程，通過改變液體形態(tài)來進(jìn)行熱傳遞的方式也被稱為相變熱傳遞。這種熱傳遞方式分為凝結(jié)熱傳遞和沸騰熱傳遞。當(dāng)變?yōu)檎羝螒B(tài)的液體和此環(huán)境下溫度低于蒸汽的板片表面接觸時(shí)，蒸汽就會(huì)在板片上發(fā)生冷卻凝結(jié)，這時(shí)蒸汽就會(huì)釋放自身熱量而冷卻成液體形態(tài)，冷卻形成液體則成為新的熱傳遞介質(zhì)。在這個(gè)熱量傳遞過程中，蒸汽的流動(dòng)速度會(huì)對(duì)換熱器的熱量傳遞效率具有一定影響，因?yàn)樵谡羝\(yùn)動(dòng)的過程中，蒸汽與液體表面層之間會(huì)有一定的相互間作用力，這種作用力在蒸汽和液體流動(dòng)方向相同時(shí)，會(huì)使液體表面的液膜逐漸變薄，能夠增強(qiáng)熱傳遞效率。而當(dāng)蒸汽與液體表面的流動(dòng)方向相反時(shí)，二者之間的作用力則會(huì)阻礙表面液體的流動(dòng)，這時(shí)就會(huì)阻礙液體間的相對(duì)流動(dòng)速度；換熱期中液體在受熱溫度達(dá)到一定高度的情況下會(huì)發(fā)生沸騰或者蒸發(fā)現(xiàn)象，這種換熱方式則稱為沸點(diǎn)換熱。這種換熱方式的有兩種沸騰換熱方式，一種是液體的核心溫度小于同環(huán)境下的飽和溫度所發(fā)生的換熱，還有一種是液體的核心溫度與同環(huán)境下的飽和溫度相同時(shí)發(fā)生的換熱。

1.2.3 邊緣體導(dǎo)熱在板式換熱器的換熱工作中，板片和板片表面的污垢層所進(jìn)行的熱傳遞都屬于導(dǎo)熱。板片表面的污垢層傳熱效率較低，傳熱能力比較弱，所以板片表面的污垢層即便厚度極薄，但污垢層的導(dǎo)熱性能依舊很弱。而由于板式換熱器中液體為了能夠高效率熱傳遞進(jìn)行換熱工作，所以液體具有較高的流動(dòng)速度，這樣就會(huì)對(duì)板片表面的污垢層進(jìn)行沖刷，這樣不但能夠減少污垢的聚集量，又能夠?qū)Q熱器起到清潔作用，所以板式換熱器中垢層一般都比較薄，換熱器運(yùn)行時(shí)的導(dǎo)熱性能也比較好。

2 結(jié)語

板式換熱器具有高效節(jié)能、結(jié)構(gòu)緊湊、容易清洗拆裝方便、使用壽命長、適應(yīng)性強(qiáng)且不串液等優(yōu)點(diǎn)，板式換熱器作為一種高效緊湊式的換熱器，在其加熱、冷卻、凝結(jié)、蒸發(fā)和熱傳導(dǎo)過程中，與管殼式換熱器相比具有低廉價(jià)格和更高傳熱效率的優(yōu)點(diǎn)，因而得到了各個(gè)工業(yè)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。板式換熱器的應(yīng)用不僅能夠起到節(jié)能減耗的作用，而且對(duì)工業(yè)生產(chǎn)能夠降低成本，增加工業(yè)生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)效益，對(duì)工業(yè)的生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)具有促進(jìn)作用。

[1]李安軍,宮兵等.板式換熱器板間流體流動(dòng)與傳熱分析.《甘肅科技》,2013年7月.

[2]趙曉文,蘇俊林.板式換熱器的研究現(xiàn)狀及發(fā)展.《冶金能源》,2011年1月.

[3]孫昊.順流與逆流板式換熱器的性能分析.《廣東化工》,2014年09期.

[4]王安會(huì)，孫茌平,劉衛(wèi)東,李蘭萍等.關(guān)于對(duì)板式換熱器板間流體流動(dòng)與傳熱的研究與探討.《河北經(jīng)濟(jì)科技》,2014年4月.