非對(duì)稱(chēng)型板式換熱器供熱工程之應(yīng)用分析

   【中國(guó)制冷網(wǎng)】摘要：本文介紹了非對(duì)稱(chēng)板式換熱器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、性能及在空調(diào)換熱工程中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。

    前言

    板式換熱器作為一種高效節(jié)能的換熱設(shè)備在城市集中供熱工程中進(jìn)行間接、集中或連續(xù)供熱，起到了節(jié)約能源、節(jié)省設(shè)備維修管理費(fèi)用、保護(hù)環(huán)境、保證人民生活安居樂(lè)業(yè)的重要作用，是城市集中供熱中不可缺少的設(shè)備。而近年來(lái)，隨著我國(guó)城市集中供熱規(guī)模的不斷擴(kuò)大，其運(yùn)行特點(diǎn)多為冷熱側(cè)介質(zhì)流量或溫差不等，一般為2：1￣3：1，尤其是建筑空調(diào)換熱，其典型工況為一次水溫度為95℃→70℃，二次水溫度為50℃→60℃或55℃→60℃，溫差或流量比達(dá)2.5￣5，針對(duì)此種非對(duì)稱(chēng)工況，我國(guó)的幾個(gè)主要板式換熱器生產(chǎn)廠(chǎng)商相繼開(kāi)發(fā)了非對(duì)稱(chēng)型板式換熱器，現(xiàn)介紹有關(guān)情況。

    結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

    1.兩流體流經(jīng)的板片角孔尺寸大小不同。大流量流體走大角孔，小流量流體走小角孔，兩流體流經(jīng)接管和角孔的阻力損失相近。

    2.導(dǎo)流區(qū)呈非對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)，即大、小流量側(cè)流體的流道幾何尺寸不同，小流量側(cè)流道的寬度比大流量側(cè)流道寬度窄，流道的深度則比大流量側(cè)淺，流道的總長(zhǎng)度則比大流量側(cè)長(zhǎng)。因而，板片兩側(cè)的導(dǎo)流區(qū)具有很大的非對(duì)稱(chēng)性，可使兩流體沿導(dǎo)流區(qū)的壓力降更均衡，沿板片的分布更均勻。

    3.傳熱區(qū)兩側(cè)流道分別由截面積不等（截面積之比為2：1或更大）、尺寸和形狀不同的人字形波紋構(gòu)成，見(jiàn)圖2。波紋的夾角可為鈍角，也可為銳角；由于兩流體的流道截面積不等，當(dāng)兩流體的流量不等時(shí)，可使兩流體板間流速接近或相等。因而，大大提高了小流量側(cè)的給熱系數(shù)，從而使總傳熱系數(shù)大大提高，強(qiáng)化了傳熱，節(jié)省了換熱面積。

    4.僅以同一種板片（1套模具）采用特殊的密封結(jié)構(gòu)，即可組成傳熱性能與壓力降合理匹配的兩種流道，流動(dòng)特性為單邊流；較之常規(guī)的以?xún)煞N板片（兩套模具）實(shí)現(xiàn)的非對(duì)稱(chēng)流道，大大地節(jié)省了模具投資和生產(chǎn)費(fèi)用。

    5.一般為單流程布置，接管均位于固定壓緊板一側(cè)，安裝維修方便。

    工作原理

    眾所周知，對(duì)于板式換熱器而言，僅當(dāng)兩種流體的板間流速接近時(shí)性能z*佳。然而，對(duì)于流量比或溫差比大于2的工況，若選用對(duì)稱(chēng)型板式換熱器采用單流程布置，由于流量不等，兩流體的板間流速不等，因而總有一側(cè)流體的允許壓力降不能充分利用，板間流速低的一側(cè)，給熱系數(shù)低，易結(jié)垢；流速高的一側(cè)，壓力降往往過(guò)大，因而使板片長(zhǎng)時(shí)間承受較高的壓差而發(fā)生變形。所以板片兩側(cè)流體的傳熱不能處于z*佳狀態(tài)。若在小流量一側(cè)采用多流程布置，以使兩流體的板間流速接近。這樣，一是傳熱性能下降（因存在順流），造成換熱面積過(guò)大，無(wú)謂浪費(fèi)；二是兩個(gè)壓緊板上均布置接管，給操作維修帶來(lái)不便。

    非對(duì)稱(chēng)型板式換熱器由于板片的角孔導(dǎo)流區(qū)和傳熱區(qū)結(jié)構(gòu)均不對(duì)稱(chēng)，可在兩流體的流量不等時(shí)，使板間流速（或壓力降）仍接近或相等。因而，大大提高了小流量側(cè)的給熱系數(shù)，從而使總傳熱系數(shù)大大提高，強(qiáng)化了傳熱性能，節(jié)省了換熱面積。

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    性能特點(diǎn)

    經(jīng)對(duì)該類(lèi)產(chǎn)品進(jìn)行質(zhì)量檢驗(yàn)及傳熱與流體阻力特性測(cè)試，檢驗(yàn)結(jié)果均符合GB16409-1996《板式換熱器》的要求，個(gè)別項(xiàng)目處于國(guó)內(nèi)外領(lǐng)先水平，并證明具有以下特點(diǎn)：

    1.承壓能力較高，設(shè)計(jì)壓力可達(dá)2.5MPa，比常規(guī)產(chǎn)品提高兩個(gè)等級(jí)以上；

    2.傳熱性能好，比壓力降低，標(biāo)準(zhǔn)狀況下，K值可達(dá)5000W（/m2K）以上；

    3.尤其適用于流體的流量比或熱容量比大于2.5的傳熱工況；

    4.應(yīng)用范圍廣，既適用于液―液，也適用于汽―液（作為冷凝器）或含有較小尺寸顆粒狀、纖維狀雜質(zhì)的流體。

    應(yīng)用分析

    在3種典型空調(diào)供熱工況下，非對(duì)稱(chēng)型同對(duì)稱(chēng)型板式換熱器選型計(jì)算結(jié)果的對(duì)比情況見(jiàn)表1。

    從表1中可看出選用非對(duì)稱(chēng)型產(chǎn)品時(shí)，節(jié)省換熱面積一半，但熱側(cè)阻力降仍未完全利用，可見(jiàn)，若采用“熱混合”設(shè)計(jì)技術(shù)或增大通道截面積比至2.5：1或3：1，換熱面積還可大大降低。

    結(jié)論

    綜上所述，同常規(guī)板式換熱器比較，非對(duì)稱(chēng)型板式換熱器的結(jié)構(gòu)明顯不同，能與“非對(duì)稱(chēng)工況”精確匹配，具有優(yōu)良的傳熱和流體阻力特性。在城市空調(diào)供熱工程中，其優(yōu)越性尤為顯著，可謂“量身定制”。采用這種產(chǎn)品可節(jié)省換熱面積30%以上。

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