摘　要：利用實驗數據對鈦板板式換熱器總換熱系數與流速之間的關系式進行擬合，計算分析流速對總換熱系數的影響。一級側(熱流體)或二次側(冷流體)流速增大時，換熱器總換熱系數隨之增大。設定一級側流體流速不變，二級側流體流速越高，通過增大流速強化傳熱的作用越弱。

關鍵詞：鈦板板式換熱器；  總換熱系數；  流速

Influence of Fluid Velocity on Overall Heat Transfer Coefficient of Titanium Plate Heat Exchanger

Abstract：The relation between the overall heat transfer coefficient of titanium plate heat exchanger and the fluid velocity is fitted by using the experimental data．The innuence of the velocitv on the ovemll heat transfer coefficient is calculated and analyzed．The ovemll heat transfer coefficient increases with an increase in veloclty at the secondary side(thermal fluid) or the secondary side(cold fluid). Given that the fluid veloci ty at the primary side is constant，the higher the fluid velocity at the secondary side，the higher the fluid velocity at the secondary side，the weaker the effect of heat transfer enhancement by increasing velocity．

Keywords：titanium plate heat exchanger；overall heat transfer coefficient：velocity

1　概述

與殼管式換熱器相比，板式換熱器具有傳熱性能強、所需傳熱面積小、占地面積小等優點，被廣泛應用于供熱空調行業。曲寧^[1]利用Fluent軟件建立了人字形、波浪形板式換熱器模型，分析了兩種板式換熱器結構尺寸對流體溫度場、速度場的影響，擬合得出了兩種板式換熱器的總換熱系數與流體流速的數學關聯式。曾偉平^[2]分析了水—水單相流板式換熱器熱、兩相流冷凝板式換熱器及兩相流蒸發板式換熱器的傳熱及流動特性。周玲玫^[3]對單相流及兩相流板式換熱器進行了實驗研究，得到了流體努塞爾數關聯式。楊艷等人^[4]研究了傳統材質不銹鋼板式換熱器的傳熱性能，分析了冷熱流體流速對總換熱系數的影響，擬合了總換熱系數計算式。徐志明等人^[5]利用搭建的液一液型板式換熱器實驗平臺，擬合了流體努塞爾數與摩擦因子之間的通用關系式。此外，許多學者^[6-11]對板式換熱器的優化設計進行了研究，提出了新型板式換熱器，得出了相應的傳熱數學模型。

分析目前板式換熱器的研究成果，對于防腐蝕型鈦板板式換熱器的傳熱性能研究較少。因此，本文利用實驗得到的不同流速下鈦板板式換熱器總換熱系數，評價流速對總換熱系數的影響。

2　流體流速影響的評價

2.1　實驗及擬合

以某廠家提供的波浪形鈦板板式換熱器作為研究對象，分析流體流速對板式換熱器總換熱系數的影響。鈦板板式換熱器的總換熱面積為23.1m²，采取實驗方法，在3種一級側流體(熱流體)流速條件下，分別改變二級側流體(冷流體)的流速，得到鈦板板式換熱器在不同一二級側流速配置下的總換熱系數。采用Origin數據處理軟件中nonlinear surface fit模塊中的二元二次多項式對實驗結果進行擬合，得到鈦板板式換熱器的總換熱系數K的擬合計算式：

K=z0+av1+bv2+cv1²+dv2²+ev1v2  　　　   (1)

式中K——由擬合計算式計算得到的鈦板板式換熱器總換熱系數，W／(m²·K)

z0、a、b、c、d、e——系數，見表1

v1、v2——一、二級側流體流速，m／s

2.2　評價指標

為了定量分析流速對總換熱系數的影響，定義總換熱系數絕對變化率d及總換熱系數相對變化率z。

①絕對變化率

在v1一定的條件下，總換熱系數絕對變化率d2的計算式為：

式中d2——在v1一定的條件下總換熱系數絕對變化率，W·s／(m³·K)

K2,u、K2,L——二級側上限、下限流速分別對應的上限、下限總換熱系數，W／(m²·K)

V2,u、v2,L——二級側上限流速、下限流速，m／s

總換熱系數絕對變化率理解為在某側流體流速不變的條件下，另一側流速變化時，單位流速上總換熱系數的平均變化量。

②相對變化率

在v1一定的條件下，總換熱系數相對變化率z2的計算式為：

式中z2——在v1一定的條件下總換熱系數相對變化率，s／m

總換熱系數相對變化率理解為在某側流體流速不變的條件下，另一側流速變化時，單位流速上總換熱系數的平均變化率。聯立式(1)、(3)，可計算在某個二級側上下限流速區間，總換熱系數的相對變化率。

2.3　分析與討論

V1分別為0.2、0.4、0.6m／s時，由式(1)計算得到的總換熱系數K隨穢：的變化見圖1。由圖1可知，當v1一定時，總換熱系數K隨v2的增大而增大，但增大的幅度在減小。

d2、z2隨v2流速區間的變化分別見圖2、3。由圖2、3可知，一級側任意流速下，d2、z2均隨二級側流速增大而下降，這說明通過增大流速的強化傳熱作用逐漸減弱。不僅這樣，流體流速較高易導致板式換熱器阻力增大，影響輸配系統運行的經濟性。

3　結論

①一級側或二次側流速增大時，換熱器總換熱系數隨之增大。

②一級側任意流速下，當二級側流速越高，通過增大流速強化傳熱的作用越弱。不僅這樣，流體流速較高易導致板式換熱器阻力增大，影響輸配系統運行的經濟性。

參考文獻：

[1]曲寧．板式換熱器傳熱與流動分析(碩士學位論文)[D]．濟南：山東大學，2005：51-65．

[2]曾偉平．板式換熱器換熱和壓降的性能研究(碩土學位論文)[D]．上海：上海交通大學，2009：38-41．

[3]周玲玫．板式換熱器換熱性能的實驗研究(碩士學位論文)[D]．杭州：浙江大學，2008：44-45．

[4]楊艷，王英龍．板式換熱器沒計選型的一種計算方法[J].石油煉制與化工，2004(5)：54-56．

[5]徐志明，郭進生，郭軍生，等-板式換熱器傳熱和阻力特性的實驗研究[J].熱科學與技術,2010(1)：11-16.

[6]宋繼偉.球面不連續波紋板式換熱器傳熱和阻力性研究(博士學位論文)[]．濟南：山東大學，2012：79-81.

[7]雷新義．提高板式換熱器效能的優化設計[J]．煤氣與熱力，2007，27(10)：77-79．

[8]孫振巍．板式換熱器的優化設計[J]．科技信息：學術研究，2008(15)：640-641．

[9]張冠敏．復合波紋板式換熱器強化傳熱機理及傳熱特性研究(博士學位論文)[D]．濟南：山東大學，2006：78-80．

[10]王飛．正六邊形球面肋板式換熱器性能分析及優化設計(碩士學位論文)[D]．濟南：山東大學，2011：37-38．

[11]商建平，俞樹榮．板式換熱器遺傳算法優化設計[J]．石油化工沒備，2002(5)：16-18．

本文作者：高小龍  劉玉洪  唐曉會  黃光勤  封滟彥

作者單位：重慶大學

  重慶市地科投資有限責任公司

  重慶海豐綠色建筑技術開發有限公司

  國網重慶節能服務有限公司