紧凑式换热器

换热器

紧凑式换热器是涉及一种用于热力管网系或其他加热场所使用的换热器的完善，即在现有的换热器的列管结构基础上加以改造，此类换热器的侧壁上具有半圆形波峰，半圆形波峰的外表面上具有穴点。此类换热器具有热效率高、结构紧凑、流动阻力小等特点。

产品介绍

紧凑式换热器是一种高效、紧凑的新型换热器，目前在食品、热能动力、化工、冶金等部门已被采用。属于这类换热器有板式换热器、螺旋板式换热番和板翅式换热器等。这类换热器的最大缺点是承压能力较差，不能用于压力较高的介质换热。

紧凑式换热器包括壳体，壳体内设置列管、蒸汽进口、凝结水出口、被加热水进口、被加热水出口，其特征在于列管的侧壁上具有半圆形波峰，半圆形波峰的外表面上具有穴点。

根据不同的工艺条件和操作工况，近年来开发设计了多种不同结构形式的紧凑式换热器，已在石油、化工和制药等行业得到了广泛的应用，并取得了较大的经济效益。其中，板式、翅板式、螺旋板式、翅片管式、热管换热器尤为突出，且在目前及未来的工程应用中具有较为广阔。

分类

随着科技的发展及某些新兴学科的兴起，对换热器提出了新的要求，出现了许多新型的紧凑式换热器，这些换热器具有高效、紧凑、可靠性好等优点，在中、低压范围内大有取代壳管式换热器之势。其中，板式换热器与板翅式换热器是两种最有前途的换热器，现介绍其特点和工程中的应用。

(1)板式换热器

板式换热器是一种高效、紧凑的换热设备。由于板式换热器在制造和使用上都有一些独特之处。因此，目前板式换热器已经广泛应用于石油、化工、轻工、电力、冶金、机械、能源等工业领域，成为换热器家族中一种极有竞争力的品种。

(2)板翅式换热器

板翅式换热器最初应用于航空工业，后来引入低温工程领域，目前已开始应用于制冷领域，如荷兰的学者把板翅式换热器引入到氨制冷系统中，并对其特性进入了初步的研究，证明了板翅式换热器应用于制冷领域的可行性。翅片是板翅式换热器中最重要的部分，传热过程主要是通过翅片来完成的，目前常用的翅片有平直翅片、锯齿形翅片、波纹翅片、多孔翅片、百叶窗翅片、钉状翅片等形式。

特征

关于紧凑式换热器的特征，包括下面几个方面：

1．通常有扩展表面；

2．换热表面有较高的比表面积(换热面积与容积之比)，通常在气态流体侧超过700m2/m3；

3．较小的水力直径；

4．通常至少有一侧是气体；

5．因为水力直径小，流体必须干净，相对无污染，否则流道很难清洗；当中等程度的污染不可避免时，通常用光滑整体翅片；

6．对流体泵功(即压力降)的设计，约束条件和传热速率同样重要；

7．由于采用钎焊、机械胀管等方法将薄翅片与平板或(和)管连接在一起，与壳-管式换热器相比，操作压力和温度有一定的限制；

8．紧凑式换热器的迎面面积大，流动长度短，所以，端头设计决定着流动是否均匀分布；

9．流体的污染程度一般不成问题；

10．表面积的多样性，换热表面有不同数量级的表面密度；

11．冷热两侧换热面积的柔性分配随设计者意愿灵活设计。

紧凑式换热器另一些特点是：

制造翅片的材料取决于一定使用场合的操作温度：低温到中温的场合，翅片可由铝、铜、黄铜来制造以保证较高的翅片效率；高温场合则要选用不锈钢和热阻合金，这些材料会减少翅片效率，因而，要尽量选择适当性能好的表面材料来避免翅片效率的降低，或者，翅片厚度也要相应减少。制造采用钎焊或焊接，在低温到中温使用场合下，翅片可以机械接合，低翅片可以挤压而成。

发展趋势

紧凑式换热器(主要是板面式换热器)自20世纪30年代开始应用以来，在石油化、核工业、航空航天等工业领域内的发展相当迅速，其应用也日益广泛。近年来，随着强化传热理论的不断完善和机械制造工艺水平的不断提高，国内外涌现出了许多新型高效的紧凑式换热器。这些新型高效的紧凑式换热器通常是通过合理布置传热面，改善传热表面结构及使冷、热流体尽量按照完全逆流或接近完全逆流的流动方式流动来强化其内部传热过程，从而不断提高其传热效果。因此，当今紧凑式换热器的技术发展趋势是：继续提高单位体积传热衙积，耐高压、高温和耐腐蚀新材料的应用，扩散熔合焊和超塑性成形等先进制造工艺的研究，多相流传热机理及基于CFD（计算流体力学）技术的设计新方法的研究等。

在适用性方面，由于新材料的应用和制造工艺的发展，使得不锈钢板翅式换热器、钛制板翅式换热器、石墨改性碳纤维增强聚四氟乙烯板翅式换热器、陶瓷材料的板翅式换热器等新型紧凑式换热器在高温、高压、腐蚀等恶劣工况下获得推广应用。

在制造工艺方面，真空钎焊工艺已被世界各国的板翅式换热器生产厂家所接受，大型真空钎焊炉的生产能力也不断提高。对于高热流密度的传热表面的开发研究也进展迅速。另外，新型材料如不锈钢和钛之间的焊接工艺也日渐成熟，为新材料在紧凑式换热器中的应用奠定了基础。

在研究方法方面，由于紧凑式换热器的结构形式复杂多样，内部流动异常复杂，当前国内外许多学者在传统的理论分析与实验研究的基础上，开始依靠通过CFD方法模拟计算来评价、选择和优化紧凑式换热器的设计方案。

在尺度方面，一方面紧凑式换热器为了满足工业生产规模的不断扩大，日益向着大型化发展，另一方面为了顺应电子、超导、医药等行业的发展需求，也在向小尺度即微小型化方向发展，出现了微通道内流体流动与传热的新兴研究领域。

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