板式换热器单通道内多流程实现方法及性能研究
板式换热器因高效、紧凑的优点，被广泛应用在石油、化工以及城市集中供热等领域。但在其应用领域内，冷、热两种介质流量相差较大的情况较多，板式换热器的结构特点决定了板片两侧介质流速的调整缺乏灵活性，造成冷热介质换热性能不匹配的情况，使得板式换热器的高效性能无法得到充分发挥。针对以上问题，提出一种将一个板间流体通道分割成多个流程以提高较小流量介质流速的方法;通过数值模拟和实验，研究了上述分程方法对板式换热器换热和阻力特性的影响;通过典型工况的设计例证，探讨了应用此方法对板式换热器制造成本的影响。 通过在板片换热区域装设密封垫片，利用密封垫片将整个板片通道的流通区域分割成多个小区域，流体从进口到出口，依此流经分割成的小区域，实现提高较小流量介质流速和换热系数的目的。 分别对一侧通道分程后的板间通道分流程板式换热器进行了水和导热油的数值模拟，比较了相同流速下分程通道和未分程通道内对流换热系数h和摩擦系数f。发现分程通道中导热油对流换热系数h增大了约30％，摩擦系数f稍有增大;水侧对流换热系数h稍有增大，摩擦系数f增大25％左右。 根据数值计算结果，发现一侧通道分成n个流程后板片两侧换热平均温差的计算，可以通过1-n程管壳式换热器平均换热温差修正系数线图查得平均温差修正系数，进行分程后平均换热温差的修正计算。 讨论了装设分程垫片时，其长度及横向位置确定应注意的问题，分程垫片长度应使流体转弯处流通截面积和主流区单一小流程相近为宜;垫片末端形状最好为圆形或椭圆形，可减小转弯处流体扰动，减小局部阻力损失;考虑到两片板片的波纹触点会降低垫片的强度，因此放置分程垫片时，在板片上的横向位置应尽可能避开波纹触点分布的直线位置。 搭建了板式换热器水-水、水-油换热实验台，得到了水和导热油在通道分程前后的换热与阻力准则关联式。在实验参数范围内，得到的规律同数值计算结果一致，即水流过分程通道后阻力增大较多，油流过分程通道后换热性能增大较多。相同工况和参数条件下，实验测得换热系数办稍低于数值模拟值，阻力系数f稍高于数值模拟值，但误差都在8％以内。 比较实验测得的冷热介质板间通道分流程板式换热器平均温差，和相同P、R值下的数值模拟结果，实验值和数值模拟值近似相等，误差在3％以内，即验证了数值模拟结果的可靠性，进一步证明采用管壳式换热器平均换热温差修正系数线图求取该类板式换热器平均温差是可靠的。 选取了工业应用中几组典型的两种介质换热特性较难匹配的工况，分别利用本文提出的方法和普通等流通截面板式换热器进行设计选型。结果表明达到同等热负荷和进出口参数情况下，在水油换热时，使用单通道分程法的板式换热器可节省约27％的换热面积;在水水换热时，可节约49％的换热面积。完成同样的换热任务，单通道分程法所需板片数目减少，节省了板式换热器的制造成本。
板式换热器;换热不匹配;分程板片;对流换热;传热温差
山东大学
硕士
工程热物理
张冠敏
2015
中文
TK172;TK124
80
2015-10-12（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）