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揭秘板式换热器不为人知的设计原理

发布时间:2019-08-24 09:40人气:

  随着国家对环保和能源的重视,集中供热系统的广泛应用和煤改电的推广,大大减少了燃煤对城市环境的污染,也节约能源。这是一项造福当代人民又造福后代子孙的伟大工程。

  在此其中,换热器是供暖系统中极为重要的部件,然在换热器的发展中,板式换热器占有极其重要的地位。板式换热器主要包含两种:可拆板式换热器,不可拆板式换热器(即钎焊式板式换热器),板式换热器以其高传热系数、结构紧凑、体积小等优点,在船舶、汽车、化工、机械等领域广泛应用,下面我们主要探讨板式换热器的应用和优化设计。

  1、板式换热器的优点

  板式换热器具有传热系数高、体积小、结构紧凑,易维护等优点。在同等换热量的条件下,所占空间仅为管壳式换热器的1/2~1/3,并且不需要像管壳式换热器那样预留出很大的空间用来拉出管束检修。在多联机和热风机等对空间要求比较高的系统,板式换热器相比其他换热器有其独特的优势。板式换热器较之管壳式换热器还有如下优点:

  (1)温差小

  板式换热器内部流动有强烈的湍流,传热系数非常高,在换热器中进行流动换热后,可使热交换器的一、二次流的温度差很小,有时温差能够趋近1℃~3℃。

  (2)热损失小

  由于板式换热器只有封后板及周边暴露在大气中,所以热损失极小,一般为1%左右,如果采取适当的保温措施,热损更低。在相同换热面积情况下,板式换热器的换热损失仅为管壳式换热器的1/5。

  (3)重量轻

  在相同换热面积情况下,重量则不到管壳式的一半。

  2、板式换热器设计的一般原则

  板片型式的选择

  板片型式目前主要有H、L、M型,波纹目前主流为人字形波纹,出于流阻和新应用考虑,也有设计其他波纹形式,考虑两侧流体流量非对称和高效换热,有细波纹和非对称高低波纹形式。常规制冷空调应用选择H板,具有较高的传热系数,同时流阻较大;对于能力要求不高,但流阻要求低,选择L板;对能力和流阻均有一定的要求,可选择M板。板片型式还应考虑工作压力,流体类型,流体粘性,流速,实际应用等综合选择。

  单板面积的选择

  板换选型,单板面积过小,则板片数多,也即厚度方向尺寸大,流道多,对于两相流应考虑分配;反之,单片面积大,片数少,但难以保证板间通道合适的流阻。板片选择应综合考虑流阻、通道流速、流体分配及公司实际工艺水平。

  流速的选取

  流体在板间的流速,影响换热性能和流体压力降,流速高固然换热系数高,但流体的压降也增大;反之情况相反。一般不同的波纹深度有一个合适的流速范围,流速低于最低要求值时流体就达不到湍流状态且会形成较大的死角区,这在板式换热器作为蒸发器时使用非常危险,有冰冻、冰爆的风险,流速过高则会导致压降剧增,选择合理的流速,保持高湍流既能提高换热效率,还能充分发挥清洗作用,将板式换热器内部污垢、杂质带出,避免由此引起点蚀、冰爆风险。具体设计时,可以先确定一个流速,计算其压降是否在合理的范围内;也可按给定的压力降来求出流速的初选值。

  流向的选取

  无相变换热时,逆流具有高的平均传热温差。在一般换热器的工程设计中都尽量把流体布置为逆流。

  压降要求

  在板式换热器的设计选型时,一般对压降有一定的要求,所以应对其进行校核。如果校核压降超过允许压降,需重新进行设计选型计算,直到满足要求为止。从技术经济上考虑,对于水水换热器的压降应不大于100KPa为宜,氟氟换热压降不大于50KPa为宜。

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