板式换热器
板式换热器 (PHE) 是一种紧凑高效的传热设备，广泛应用于化工行业以及食品、制药和暖通空调 (HVAC) 等其他领域。其工作原理是将冷热流体引导至由堆叠的波纹金属板形成的交替通道中，从而产生较大的表面积和湍流，从而最大限度地提高传热效率，且不会混合流体。PHE 有多种类型——垫片式、钎焊式和焊接式——每种类型都适用于不同的压力、温度和流体特性。其主要优势包括卓越的热效率、易于维护、节省空间的设计、模块化和成本效益，尤其是在需要精确温度控制、热回收或处理腐蚀性或中等粘度流体的应用中。与管壳式换热器相比，PHE 在中低压条件下性能更佳，但它们可能不太适用于极高压或颗粒较多的应用。
| 设备类型 | 分类方式 | 特点 | 应用场景 |
| 不锈钢板式换热器 | 按板片材质分类 | 不锈钢具有良好的耐腐蚀性、强度高、加工性能好，是目前应用最广泛的板片材料。适用于大多数酸、碱、盐等化学介质。 | 广泛用于食品、制药、化工等行业，例如在牛奶巴氏杀菌、制药过程中的加热或冷却。 |
| 钛合金板式换热器 | 按板片材质分类 | 钛合金具有优异的耐腐蚀性，特别是在海水、氯化物等强腐蚀性环境中表现出色。但成本较高。 | 常用于海水淡化、化工行业处理强腐蚀性介质。 |
| 镍基合金板式换热器 | 按板片材质分类 | 镍基合金（如Inconel）具有极高的耐腐蚀性和高温性能，适用于极端工况。 | 用于高温、高压、强腐蚀性介质的换热过程。 |
| 铝合金板式换热器 | 按板片材质分类 | 铝合金重量轻、导热性能好，但耐腐蚀性较差，通常需要进行表面处理。 | 适用于对重量要求较高的场合，如航空航天领域。 |
| 塑料板式换热器 | 按板片材质分类 | 塑料板片具有良好的耐腐蚀性，成本较低，但强度较低，耐温范围有限。 | 适用于常温或低温的弱酸、弱碱等介质的换热。 |
| 波纹板式换热器 | 按板片结构分类 | 板片表面有波纹形状，波纹可以是人字形、平直形、球形等。波纹板片能够增加流体的湍流程度，提高传热效率。 | 适用于大多数换热场合，是最常见的板式换热器类型。 |
| 平直板式换热器 | 按板片结构分类 | 板片表面为平面，结构简单，但传热效率相对较低。 | 适用于对传热效率要求不高的场合。 |
| 多孔板式换热器 | 按板片结构分类 | 板片表面有多个小孔，能够增加流体的混合程度，提高传热效率。 | 适用于需要高传热效率的场合，如高黏度流体的换热。 |
| 橡胶垫片密封板式换热器 | 按密封方式分类 | 使用橡胶垫片作为密封元件，成本较低，更换方便。但耐温、耐压和耐腐蚀性有限。 | 适用于常温或中等温度、压力的场合，如食品、制药行业的换热。 |
| 焊接密封板式换热器 | 按密封方式分类 | 板片之间通过焊接密封，密封性能好，耐温、耐压性能高，但维修和更换较为困难。 | 适用于高温、高压、强腐蚀性介质的换热过程。 |
| 半焊接板式换热器 | 按密封方式分类 | 部分板片之间通过焊接密封，部分板片之间使用垫片密封。结合了焊接密封和垫片密封的优点。 | 适用于需要兼顾耐高温、高压和维修方便性的场合。 |
| 单流程板式换热器 | 按流体流动方式分类 | 冷热流体在换热器中只经过一次通道，结构简单，传热效率较高。 | 适用于大多数换热场合。 |
| 多流程板式换热器 | 按流体流动方式分类 | 冷热流体在换热器中多次经过通道，通过隔板将流体分成多个流程，能够进一步提高传热效率。 | 适用于需要更高传热效率的场合，如高黏度流体的换热。 |
| 文献 | 作者 | 摘要 | DOI |
| 板式换热器性能的数值模拟 | 徐志明，王月明，张仲彬 | 建立了人字形板换热器冷热双流道内流体流动与传热计算模型，利用计算流体力学软件对5种不同速度工况下换热器内流体的流动与传热进行了数值模拟，分析了换热器流道内的速度场、温度场和压力场。结果表明：数值模拟得到的板式换热器进出口温差和压降与实验测量值误差均在6%以内；流体在换热器内流动传热存在明显的不均匀性，在进出口另一侧出现明显的传热“死区”；换热器的总传热系数和流道阻力随流体流速的增加而增大。 | CNKI:SUN:DONG.0.2011-03-008 |
| 板式换热器传热和阻力特性的实验研究 | 徐志明，郭进生，郭军生，黄兴，张仲彬 | 利用搭建的液-液板式换热器试验平台，根据试验数据，采用定性雷诺数法拟合传热关联式Nu，找到了Nu与摩擦因子f之间的普遍关系，为板式换热器的设计计算提供了依据。采用传热量与功耗的比值来评价板式换热器的性能，找到了影响其性能的主要因素，进一步明确了单纯通过提高流量来提高传热性能是不经济的。 | 10.3969/j.issn.1671-8097.2010.01.003 |
| 低Re下板式换热器性能的实验研究及热力学分析 | 马学虎，林乐，兰忠，于庆杰，于春健，白涛，林英 | 基于试验数据，从板片波纹倾角、波纹间距、波纹高度3个方面理论分析了板片波纹对板式换热器传热及阻力的影响。低Re下，从对传热效果的影响角度考虑，波纹间距应大于倾角和波纹高度；而从对压力降的影响角度考虑，波纹间距应小于倾角和波纹高度。基于试验数据，回归了相应板片传热系数和阻力系数的经验关联式，计算值与试验值吻合较好。并对板式换热器进行了热力学分析，为低流量、低流阻条件下板式换热器的工业应用提供了板型设计和工艺设计的理论依据。 | JournalArticle/5aea429fc095d713d8a68ca4 |
| 板式换热器热性能强化综合综述 | S 库马尔，SK 辛格，D 夏尔马 | 热交换器在化工、乳制品和食品加工以及热电厂的运行中起着至关重要的作用。热交换器的改进主要是为了最大限度地降低能耗。高效的热交换器能够以较低的成本提供高传热速率和最小的泵送功率，从而实现节能。板式换热器因其简单、灵活和易于维护等优点，被广泛应用于各个工程领域。本文综述了单相和两相流的被动表面增强方法以及纳米流体在不同类型板式换热器中的应用。此外，还讨论了几何参数对板式换热器水力-热力性能和污垢沉积物形成的影响。研究发现，人字形角是改变流动特性的最主要几何参数。HTC、Nu 和 ΔP 随着 β、γ 和 ϕ 的增加而增大。对于两相流，ΔP 随着蒸汽干度和质量流量的增加而增大，随着饱和压力的增加而减小。实现最大传热的最佳几何参数为β：30°-60°、γ：0.075-0.6和φ：1.18-1.3。大多数文献建议在层流条件下使用纳米流体。 | 10.1007/s10765-022-03036-7 |
