世界能源消耗正在逐步增加，节新疆换热（rè）器约能源和减（jiǎn）少能源（yuán）消耗是世界各国所共同面临的问题。目前，在工业领域能源浪费最为严重，其原（yuán）因在于（yú）工质余热（rè）的大量浪费，如果能有效回收余热能量则对于降低（dī）能源消耗速度至关重要（yào）。

热交换器通常又被大家称作为换热器，是一种应用在冷、热流体之间（jiān），把热量通过一定的传（chuán）递方式传给冷流体的节能换热设备。换热器广泛应用（yòng）在化工、石油、冶金、电力、食品等各种领（lǐng）域，因此换热器（qì）对于能量的节（jiē）约、回收再利用发挥着至关重要的作用（yòng）。

多年来，传统的管壳式换热器一直在（zài）换热器行业占据龙头地位，它们设计坚（jiān）固、灵活，但缺乏紧凑性。与管壳式换热器相比，板式换热器具有（yǒu）以下较多优点（diǎn）：

a.传热系数高；

由于不同的波纹板相互新疆换热（rè）器倒置，构成复杂的流道，使流体（tǐ）在波纹板间流道内呈旋（xuán）转三维流动（dòng），能（néng）在较低的（de）雷诺数（一（yī）般Re=50~200）下产生紊流，所（suǒ）以传热（rè）系数高，一般认为是管（guǎn）壳式的3~5倍。

b.对数平均温差大，末端（duān）温（wēn）差小（xiǎo）;

在管壳式换热器中，两种流体分别在管程（chéng）和壳程内流动，总体上是错流流动，对数平均温差修正系数小，而板（bǎn）式换热器多是并流（liú）或逆流流动方式，其修（xiū）正系数也（yě）通常（cháng）在0.95左右，此外，冷、热流体在板式换热器内的流动平行于换热面（miàn）、无旁流，因此使得板式换热器的末端温（wēn）差小，对水换热（rè）可低于1℃，而管壳式换热器一般为5℃。

c.占地面积小;

板式（shì）换热（rè）器结构紧凑，单位体积内的换热面积为管壳式的2~5倍，也不像管壳式那（nà）样要预留抽出管束（shù）的检修场所，因此实现同样的换热（rè）量，板式换热器占地（dì）面积约为管壳式换热器的1/5~1/8。

d.容易改变换热面积或流（liú）程组合；

只要增加或减少几（jǐ）张板，即可达到增加或（huò）减少换热面积的目的；改变板片排列或更换几张板片，即可达到所（suǒ）要求的流程组合，适应（yīng）新（xīn）的换热工况，而管（guǎn）壳式（shì）换（huàn）热器的传热面积（jī）几乎不可能增加。

e.重量轻；

板式换热器的板片厚度仅为0.4~0.8mm，而管壳式换热器的换热（rè）管的（de）厚度为2.0~2.5mm，管壳式的壳（ké）体比板式换热器（qì）的框架重得多，板式换热器一般只有管壳式重量的1/5左右。

f. 价格低；

采用（yòng）相同材料，在相同换热面积下，板式换热器价（jià）格比管壳式（shì）约低40%~60%。

g. 制作方便；

板式换热器的传热（rè）板是采用冲压加工，标准化程（chéng）度高，并可大批生产，管壳式换热器一般采用手工制作。

h. 容易（yì）清洗；

框（kuàng）架式板式换热器只要松（sōng）动压紧螺栓，即可松开板束，卸下板片进（jìn）行机械清洗，这对需要经常清洗设备的换热（rè）过程十分（fèn）方便。

i. 热损失小；

板式换热器只有传热板的（de）外壳板暴（bào）露在大（dà）气中，因此散热损失可以忽略不计，也不需要（yào）保温措施。而管壳式换热器热损失大，需（xū）要隔热（rè）层。

j. 容量较（jiào）小（xiǎo）；

约为管壳式换热器的10%~20%。

k. 单位长度的压力（lì）损失大；

由于传热面之间的间隙较小，传热面（miàn）上有凹凸，因此比传统（tǒng）的光滑管的压（yā）力损失（shī）大。

l. 不易结垢；

由于内部充分湍动，所以不易结垢，其结垢系数仅为管壳式换热器的1/3~1/10.

m. 工作压力（lì）不宜过大，可能发生泄（xiè）露；

板式换热器采用密封垫密封，工作压力一般不宜超过2.5MPa，介质温度应在低（dī）于250℃以（yǐ）下，否则有可能泄露。

n. 易堵塞；

由于板（bǎn）片间通（tōng）道很窄，一般只有2~5mm，当换热介质含有较大颗粒或纤维物质时，容易堵塞板（bǎn）间通道（dào）。

图1

凹凸板式换热器是（shì）近年来国内新兴起来的一种新型换热器，其在化工方面的应用相比其他换热器具有显著的优（yōu）势，不仅密封（fēng）性好、占地面积少、耐腐蚀，而且换热能（néng）力强。

凹凸板式换热器其主要换（huàn）热部件为（wéi）凹凸板片。凹凸板片有许多不同名称如：凹（āo）坑板、凸胞板、蜂窝板、鼓泡板和雨滴板等，具体形状如（rú）图1 所示，本（běn）文统称（chēng）其为凹（āo）凸板片。其中市场（chǎng）上常（cháng）见的凹凸板片类型（xíng）是蜂（fēng）窝板，加工（gōng）工艺是由两张薄板通过焊缝或焊点组（zǔ）成（chéng）不同流道，用液压（yā）或气压方式吹胀成不同形状（zhuàng）。凹凸结构的研究源于上世（shì）纪80 年代前苏联时期，当（dāng）时苏联学者称凹坑能（néng）够强化传热的现象为“旋风冷却”，直到在90年代（dài）中期其他国家学者才开（kāi）始（shǐ）研究有（yǒu）关凹凸结构对于换热和阻力的影响。

对换热器性能进行（háng）评价时（shí）需要（yào）考虑许多因素，如安全性、传热性能、加工（gōng）工艺、阻力特性以及经济性（xìng）等。早期学者对于换热器强化传热性能的评价方法（fǎ）比较单（dān）一，只考虑单一因素对传热性（xìng）能的影响，如总传热系数和压损等。随着传热技术的不断发展，学者开始从能量利用角度来评价换热器性能的好（hǎo）坏，并提出了熵方（fāng）法和㶲方法。此后更加完善的评价方法接踵而来，研究人员在前人（rén）评价方法的基础之上引入无量（liàng）纲量，从而延伸（shēn）出一系列综合评价方式。本文对研究（jiū）中常用的几种方法做了简要的归纳对比，

具（jù）体内容如图（tú）2 所示（shì）。

在早期为了研究凹凸结构对传热的影响状况，Afanasyev 等人对凹坑板和（hé）平板进行了初步的传热和流动实验研究，发现凹坑板在流动阻力（lì）增（zēng）加不（bú）大的前提下，传热系数增长了30%～40%，这就初步验证了凹坑（kēng）板相比平板具有更好的传热和流动特性。陈欢对单、双面蜂窝板进行了（le）模（mó）拟研究，研究表明蜂窝板相比平板在阻力增加不大的（de）情况下，综（zōng）合换热性能更（gèng）好（hǎo），而且单、双面蜂窝板对于板片内部流体（tǐ）的（de）流动传热（rè）规律具有一致性，流体流经焊点时（shí），相比其他平滑（huá）区域，焊点周（zhōu）围（wéi）的换热系数更高，并且焊点前的换热系数大（dà）于焊点后的换热系数；在焊点直径过大时（shí），扰（rǎo）动增强、流动阻力（lì）增大，综合换热性能降低，所以在一定范围内增大焊点直径，综合换热性能随之增大。这为（wéi）以后凹凸板片板型的开发提供了借鉴依据。

Ku ** r 等对凹凸板片通（tōng）道内流体的传热和（hé）流动特性进行了数值研究，发现板片焊点直径对于通道内的传热影响可以忽略不计，但（dàn）随（suí）着焊点直径（jìng）的增（zēng）大，通道（dào）的（de）综合（hé）换热性能降（jiàng）低，而且对压力损失有（yǒu）着直接的影响（xiǎng）。Shirzad 等人利用CFD 对凹凸板片进行模拟研究，通过研究不同焊点通道（dào）高度、纵向间距和横向（xiàng）间距对换热性能的影响，发现在Re＝1 000～8 000 的范围内，低雷诺数下，增加板片（piàn）通道（dào）的高度可以提高换热器的热（rè）性能；增加焊点的横向和纵向间距，会（huì）降（jiàng）低传热性能和摩擦（cā）系数，但是减小（xiǎo）摩擦系数的利大于减小换热的弊，因此在一（yī）定的范围内，横、纵向（xiàng）间距的增大（dà）对换热（rè）器性能的提高有一定的作用。

Shirzad 的研究得出横向和纵向间距的增大有利于换热器性能的提高，但是（shì）并没有指出横向和（hé）纵（zòng）向间距增大的极限值，因此关于（yú）横向纵向间距的研（yán）究（jiū）仍要继续。

对于凹凸板片换热器，不同的鼓泡（pào）高度、鼓泡大小、焊点间距、焊点大小（xiǎo）以及不同板片排列方式（shì）都会改变换热器的整体换热性能，不同（tóng）板型的（de）组合也会导致不同的换热能（néng）力，因（yīn）此（cǐ）板片（piàn）结构参数的优化探究还要进一步深入。