換熱器是一種高效、緊湊的換熱設(shè)備。盡管其發(fā)展已有近百年歷史,且在國民經(jīng)濟(jì)的少數(shù)部門(如食品、制藥)有著比較廣泛的應(yīng)用,但是由于 耐溫、耐壓、耐腐蝕能力而制約其在各個部門的全面推廣和應(yīng)用。進(jìn)入80年代以來,由于制造技術(shù)、墊片材料的不斷進(jìn)步以及傳熱理論的不斷完善,板式換熱器的應(yīng)用越來越受到工業(yè)生產(chǎn)部門的重視。
要確定一項強(qiáng)化傳熱新技術(shù)是否先進(jìn),必須對其進(jìn)行評價。但在實際的使用中,出現(xiàn)了多種評價強(qiáng)化傳熱的方法與評價指標(biāo)。有人主張采用換熱量Q與消耗的泵(或風(fēng)機(jī))的功率N的比值,即能量系數(shù)作為評價指標(biāo),類似的也廣泛采用K/ΔP以及無因次化的Nu/ζ來進(jìn)行評價,為了更準(zhǔn)確地反映強(qiáng)化傳熱的性能,進(jìn)一步也可以使用K/ΔP1/3及Nu/ζ1/3作為指標(biāo)。隨著傳熱技術(shù)的發(fā)展,換熱器日益向體積小、重量輕的方向發(fā)展,同時在提高效率的前提下,要求操作費(fèi)用降低。在綜合分析的基礎(chǔ)上,提出了一套較為完整的性能評價數(shù)據(jù),即維持輸送功率、傳熱面積、傳熱負(fù)荷3因素中的兩因素不變,比較第3因素的大小以評定傳熱性能的好壞。
這些評價都只是分析換熱器的能量在數(shù)量上轉(zhuǎn)換、傳遞、利用和損失的情況,即以熱力學(xué)第一定律為基礎(chǔ)。為了更準(zhǔn)確地反映熱量交換過程能量在質(zhì)量上的損失,在理論研究中也提出了許多基于熱力學(xué)第二定律的評價方法,即分析換熱器中火用的轉(zhuǎn)換、傳遞、利用和損失的情況。而進(jìn)行技術(shù)推廣應(yīng)用時,還應(yīng)考慮采用強(qiáng)化換熱技術(shù)后管子等價格的增加和運(yùn)行費(fèi)用的變化,運(yùn)用經(jīng)濟(jì)核算的方法進(jìn)行評價,即熱經(jīng)濟(jì)學(xué)的評價方法。
而在實際的使用過程中,進(jìn)行強(qiáng)化傳熱新技術(shù)、新方法的研究更多采用簡單易用的單一參數(shù)K,ΔP以及單一參數(shù)組合而成的K/ΔP,K/ΔP1/3來進(jìn)行評價[9～11]。而基于熱力學(xué)第二定律的方法在設(shè)計過程中可用來判斷換熱器的性能,作為進(jìn)一步改善的依據(jù),但在工程上缺乏實用性。
a.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( 雷諾數(shù)一1 5 0時 )，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)以及介質(zhì)的流動狀態(tài)有關(guān)。板片的波形包括人字形、 平直形、 球形等。經(jīng)過多年的研究和實驗發(fā)現(xiàn)，波紋斷面形狀為三角形 ( 正弦形表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)最大，壓力降較小，受壓時應(yīng)力分布均勻，但加工困難…) 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。
b.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，傳熱系數(shù)降低約10％。因此，必須注意監(jiān)測換熱器冷熱兩側(cè)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沾污換熱器板片。如果水中有黏性雜物，應(yīng)采用專用過濾器進(jìn)行處理。選用藥劑時，宜選擇無黏性的藥劑。
c.選用熱導(dǎo)率高的板片
板片材質(zhì)可選擇奧氏體不銹鋼、鈦合金、銅合金等。不銹鋼的導(dǎo)熱性能好，熱導(dǎo)率約14.4W／( m·K)，強(qiáng)度高，沖壓性能好，不易被氧化，價格比鈦合金和銅合金低，供熱工程中使用最多，但其耐氯離子腐蝕的能力差。
d.減小板片厚度
換熱器板片的設(shè)計厚度與其耐腐蝕性能無關(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，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，板片角孑L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。國產(chǎn)可拆式板式換熱器最大承壓能力已達(dá)到了2.5M P a 。板片厚度對傳熱系數(shù)影響很大，厚度減小 0.1mm，對稱型板式換熱器的總傳熱系數(shù)約增加 6 0 0W／( m ·K)，非對稱型約增加500W／( m·K) ¨ 。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。
總而言之，只有同時提高板片冷熱兩側(cè)的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，減小污垢層熱阻，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)。