鮑立偉

摘 要：板式換熱器是將來(lái)?yè)Q熱器進(jìn)步的一個(gè)主要趨勢(shì)。文章針對(duì)板式換熱器的特征及改良設(shè)計(jì)展開(kāi)了簡(jiǎn)明的描述。

關(guān)鍵詞：板式換熱器；優(yōu)化設(shè)計(jì)；特點(diǎn)

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.22.015

0 前言

我國(guó)經(jīng)濟(jì)正處于快速發(fā)展的階段，各行業(yè)的發(fā)展都取得了顯著的提升，但是在板式換熱器制造業(yè)而言，其發(fā)展并未取得相應(yīng)的速度和進(jìn)展，仍然以常規(guī)性的經(jīng)驗(yàn)式生產(chǎn)為主流模式，并未能趕上國(guó)際先進(jìn)的水平與模式，極大的約束了板式換熱器制造領(lǐng)域的進(jìn)一步發(fā)展壯大。

1 板式換熱器概述

1.1 主要優(yōu)點(diǎn)分析

第一，板式換熱器在換熱器領(lǐng)域?qū)儆隗w積最小的種類(lèi)，因此其內(nèi)部的結(jié)構(gòu)極為細(xì)小和精密，對(duì)生產(chǎn)水平要求很高。

第二，為了提高換熱器的工作效率，在工作過(guò)程中此類(lèi)型的換熱器利用墊片體系實(shí)現(xiàn)工作內(nèi)空間與大氣空間的阻隔。

第三，半焊式與可拆式板式換熱器擁有比較強(qiáng)的適應(yīng)功能。

第四，因?yàn)樗邆漭^高的導(dǎo)熱參數(shù)、優(yōu)越的流量比特點(diǎn)，不但是反向流動(dòng)的，還可篩選較低的導(dǎo)熱溫差，所以熱回收率較高。

第五，如果有比較低的雷諾數(shù)，在板片間流動(dòng)的介質(zhì)很容易構(gòu)成渦流，由于板片的摩擦系數(shù)較少，污垢極少在其上面形成，所以導(dǎo)熱效率較高。

第六，精密的結(jié)構(gòu)保證了其高效的使用效果，更小的體積提高了其在建筑領(lǐng)域的使用范圍，并且能夠有效的控制施工與后期維護(hù)成本。

1.2 當(dāng)前存在的缺陷分析

首先，板式換熱器本身的性能很優(yōu)越，但是工作性能本身受到外界環(huán)境的影響很大，以墊片為例，不同墊片對(duì)溫度的敏感性不同，就導(dǎo)致板式換熱器對(duì)溫度的敏感性差異，耐熱性高的墊片能夠更好的適應(yīng)高溫環(huán)境需要，但是耐熱性高的墊片本身彈性性能不高，使得板式換熱器能夠承受的工作壓力較低。

其次，板式換熱器依賴(lài)于墊片體系來(lái)實(shí)現(xiàn)封閉性環(huán)境，因此墊片壓力很難實(shí)現(xiàn)絕對(duì)性的密封，換熱器本身工作壓力上限值較低。

第三，因?yàn)榘迨綋Q熱器板間通路不太寬，一般是3mm-5mm，當(dāng)換熱介質(zhì)中有一些較大的纖維物質(zhì)或固體顆粒時(shí)，就會(huì)將板間通路堵住，所以，極易堵住通路的介質(zhì)換熱不適用于板式換熱器，在此種狀況下，需要運(yùn)用再生冷凝體系，或者將過(guò)濾器安置于入口處。

2 板式換熱器的優(yōu)化設(shè)計(jì)

2.1 常規(guī)設(shè)計(jì)

板式換熱器設(shè)計(jì)中的最關(guān)鍵點(diǎn)就是運(yùn)算，其中包含壓力及傳熱運(yùn)算這兩項(xiàng)關(guān)鍵內(nèi)容。板式換熱器設(shè)計(jì)的運(yùn)算有別于傳統(tǒng)意義上的管殼式換熱器。它不必專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)某些構(gòu)部件，通常只要不超出壓力極限就行，在設(shè)計(jì)進(jìn)程中也不需要校正強(qiáng)度。它僅僅需要的是高效組合板片，要對(duì)其展開(kāi)壓降和傳熱運(yùn)算，來(lái)求出所需的板片數(shù)量及整體傳熱面積。

具體的分析與計(jì)算時(shí)，考慮到壓降和熱傳導(dǎo)性能的緊密關(guān)系，所以重點(diǎn)采集的數(shù)據(jù)為進(jìn)出口的溫度和流體情況，在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)涉及到的主要參數(shù)為導(dǎo)熱面積、型號(hào)、規(guī)格等，具體計(jì)算時(shí)，還要采集如下詳實(shí)的資料：

第一，適合換熱器原材料的溫度范圍與承壓的上限等；

第二，常規(guī)工作環(huán)境中的各種參數(shù)采集，關(guān)于設(shè)計(jì)與性能的參數(shù)都進(jìn)行采集，并采用定期采集和隨機(jī)采集兩種方法收集數(shù)據(jù)；

第三，利用不同的方式來(lái)制作能夠體現(xiàn)傳熱器性能的圖文資料；

對(duì)設(shè)計(jì)的參數(shù)進(jìn)行計(jì)算驗(yàn)證時(shí)，需要具體的選擇換熱器的型號(hào)和材質(zhì)，然后在具體換熱器的參照下進(jìn)行相關(guān)參數(shù)的運(yùn)算與驗(yàn)證，并分析運(yùn)行狀態(tài)下的各種參數(shù)對(duì)設(shè)備的影響，探討是否符合設(shè)計(jì)的預(yù)期和使用的需求。如果參數(shù)的計(jì)算結(jié)果超出了預(yù)計(jì)值和設(shè)備使用的承載上限，那么必須重新選取參數(shù)和型號(hào)，再次利用具體的換熱器進(jìn)行計(jì)算驗(yàn)證，通過(guò)后方可投入生產(chǎn)。

2.2 優(yōu)化設(shè)計(jì)

所謂的改良設(shè)計(jì)就是以板式換熱器具備一些要求為準(zhǔn)，有幾個(gè)或一個(gè)比較理想的參數(shù)。改良設(shè)計(jì)就是以最優(yōu)秀的數(shù)學(xué)理論為基礎(chǔ)，在計(jì)算機(jī)技術(shù)的推動(dòng)下獲得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，通過(guò)電腦將理想的預(yù)案給設(shè)計(jì)出來(lái)，它是電腦輔助設(shè)計(jì)的一項(xiàng)中心技術(shù)與主要分支。通常要將設(shè)計(jì)劃分為以下幾步：

第一，目標(biāo)的明確：目標(biāo)在實(shí)際問(wèn)題產(chǎn)生變動(dòng)的情況下所產(chǎn)生的改變，可是，一般來(lái)講，換熱器的改良設(shè)計(jì)目標(biāo)通常是經(jīng)濟(jì)性。

第二，決策變量的明確：以使目標(biāo)函數(shù)獲得最小值或者是最大值。

第三，制約條件的明確：制約條件可分為不等式制約條件與等式制約條件。在一些特殊的情況以下，可以產(chǎn)生不存有制約的最優(yōu)化狀況。

第四，準(zhǔn)確描述換執(zhí)器里的進(jìn)程關(guān)系式，以獲得既定的輸入及輸出。所有的改良設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)以一系列相關(guān)聯(lián)的幾何物理量為基礎(chǔ)。所以要求設(shè)計(jì)的類(lèi)型不相同，或許這些量就會(huì)不同，可是，無(wú)論怎樣的改良設(shè)計(jì)，都要?jiǎng)澐譃槲唇o定量及給定量。應(yīng)當(dāng)在設(shè)計(jì)時(shí)要選擇最優(yōu)未給定量，進(jìn)而讓目標(biāo)函數(shù)達(dá)到最為理想值。

第五，通過(guò)優(yōu)化變量體系與改進(jìn)約束體系來(lái)實(shí)現(xiàn)整體性能的提升，這在理論層面主要是對(duì)各類(lèi)關(guān)系的梳理和整體性的結(jié)構(gòu)優(yōu)化，從而實(shí)現(xiàn)更為精準(zhǔn)的約束條件設(shè)置，降低外部因素對(duì)其性能的影響，實(shí)現(xiàn)外部對(duì)其性能的需求。

第六，依靠最先進(jìn)的數(shù)學(xué)辦法，在電腦上展開(kāi)智能化的設(shè)計(jì)，以獲得最優(yōu)的解。在展開(kāi)改良設(shè)計(jì)時(shí)，有很多的目標(biāo)函數(shù)可供參考使用，將其劃分為以下幾類(lèi)：不光可以對(duì)一臺(tái)換熱器展開(kāi)最優(yōu)化的核算與設(shè)定，在特殊的情況下，還能改良運(yùn)算并對(duì)換熱器體系進(jìn)行經(jīng)濟(jì)評(píng)估。對(duì)正在使用或原先的換熱器，將最為經(jīng)濟(jì)的余熱回收與操縱環(huán)境運(yùn)算出來(lái)。對(duì)達(dá)到某個(gè)共同目標(biāo)的新?lián)Q熱器獲得維護(hù)、操作、折舊、投資等費(fèi)用最為實(shí)惠的換熱器材料，構(gòu)造和型式。在進(jìn)行計(jì)算的時(shí)候，應(yīng)當(dāng)符合約束條件，比如結(jié)構(gòu)大小的制約，壓降或者是流速的制約等。如果目標(biāo)函數(shù)是換熱器的耗資，所有的板片能夠結(jié)合經(jīng)驗(yàn)，基本上能夠獲得下面的。在雷諾數(shù)改變的影響下，所有板片的耗資都會(huì)發(fā)展改變，然而終究有一個(gè)最優(yōu)的雷諾數(shù)，這樣，在這個(gè)雷諾數(shù)之下運(yùn)轉(zhuǎn)工作流體是最為經(jīng)濟(jì)的，耗資最少。

3 總結(jié)

我國(guó)板式換熱器的設(shè)計(jì)相關(guān)的理論研究及設(shè)計(jì)實(shí)踐還存在較大的發(fā)展空間。設(shè)計(jì)理論是熱力學(xué)理論及系統(tǒng)性理論的有效結(jié)合。

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