收缩式角孔通道对板式换热器流动均匀性的影响

收缩式角孔通道对板式换热器流动均匀性的影响

王瑞敏 房立帅 房立伟

山东鲁润热能科技有限公司，山东 济南 250305

摘要:板式换热器是一种在日常商品生产过程中较为常见的换热设备，该设备多在食品加工行业进行使用，在使用过程中具有换热效率高，方便装配，并且不易于出现结垢现象等较为明显的优势。但需要注意的是，相比较其他的换热设备而言，板式换热器在日常使用过程中经常出现流量分配不均匀的现象，这种现象的产生，会直接对板式换热器的使用质量造成十分负面的影响。本文将尝试使用收缩式角孔通道来促进板式换热器的流量均匀性分配，并且对最终的使用效果进行深入的研究与分析。

关键词：收缩式角孔通道；板式换热器；流动均匀性

引言:板式散热器除了在食品加工行业获得了充分的利用外，现阶段诸如石油化工、生物医药以及航空航天等领域，也开始尝试使用板式换热器来促进日常的换热。由于其换热效率较高，因此在使用该项设备促进换热的过程中，能够有效的进行能源利用效率的提升，这也就意味着在使用该设备进行换热过程中所损耗的能源能够得到有效的控制，这种设备使用方式较为符合现阶段绿色节能可持续的工业生产发展理念，因此板式散热器在未来有较大的使用空间。

1. 流量不均匀原因概述

实际上在板式换热器发明之初，研究人员在对其药具优势的传导特性进行研究的同时，也逐步意识到了该设备使用过程中流量分配不均匀的现象。实际上在对该项设备进行性能测验的过程中，大多数实验研究人员都是在假设该设备使用过程中流到之间的所有流量都能够进行均匀分配的情况下来进行实验的。但实际上每一个流道之间的流量分配并不均匀。在使用的过程中，流量会伴随着脚孔通道的流体出现流出或流入的现象。一旦截面的流速减少。那么设备内部的气压就会上升，一旦见面的流速增大，那么截面内部的静压就会下降。这就意味着，板式换热器在使用过程中流到之间的压力存在差距，压力所存在的差距会不可避免的影响到流量的分布，而流量的分布不均匀会直接对温度场的分布产生十分严重的影响，这样一来，整个板式换热器内部的换热面积就不能够得到充分的利用，反而会出现较大的阻力来阻碍换热性能的释放，这样一来，板式换热器就无法得到更加充分的利用。，在传统的板式换热器使用过程中，由于该设备仅仅是用于食品加工企业，因此所需要使用的板式换热器，并不需要有过大的体积，但随着该设备在不同行业领域中的广泛使用，现阶段板式换热器的外型逐步向大型化方向发展，但型号越大，就意味着板式换热器内部的板片数量会越来越多，这会使得原本可以忽略不计的流道流量分配不均匀问题被无限放大。因此流量不均匀问题是一个值得引发深入思索的问题。

二、流量分配研究概述

由于在板式换热器使用之初，就已经有技术研究人员对该设备使用过程中流到之间流量分配不均匀的问题引起了足够的重视，因此在板式换热器不断发展和普及的过程中，有许多技术研究人员都对与板式换热器流道之间流量分配的相关问题进行了深入的研究。有一个国外研究学者尝试通过理论计算模型的使用，来促进流量分配不均匀这一条件下，换热器的所有通道中流量的流速以及角孔通道中的压力进行数据对比与分析。通过数据对比研究该学者发现，小孔通道的大小以及板片的数目多少，甚至是入口的流量流速，都很可能会对板式换热器的通道流量分布均匀问题产生十分明显的影响。因此从角孔通道这一角度来对板式换热器的流道之间流量分配问题进行更加深入的研究，是很有意义的，也是很有必要的。

需要注意的是，现阶段对板式换热器个流道之间流量分布是否均匀问题进行研究的学者，大多都将问题的关注点，放在该问题的形成原因和可能会对板式换热器日常使用造成的影响上，鲜少有技术研究人员尝试通过对结构进行改进，来促进该问题的解决。但实际上进行该问题的解决，要远远比进行该问题形成机理的研究重要得多。所幸的是仍有一部分技术研究者尝试，使用具有收缩功能的角孔通道结构来促进传统板式换热器的结构改良。具有收缩功能的角孔通道，能够有效的促进板式换热器的入流道设置和出口流道设置，通过收缩是角孔通道的使用，来进行全新的板式换热器物理模型构建，通过对物理模型的三维数值模拟研究，来对这一种新型的收缩式角孔通道，在板式散热器的流到内部流量分配不均匀问题上能够起到的解决效果进行深入的研究与分析。

三、措施与影响效果分析

通过一系列的三维数据模拟研究，技术研究人员发现，通过全新的收缩式角孔通道的使用来进行传统板式换热器的结构改进与完善，最终对传统板式换热器的流道流量分布不均匀问题带来了较为正面的影响，板式换热器在加用收缩式角孔通道后，流道之间的流量现在不均匀现象得到了控制。下文将对具体的影响效果进行深入的研究与分析。

1. 进行出口设置

为了能够更好的进行收缩式角孔通道在板式换热器结构改良过程中起到的作用分析，技术研究人员首先对板式换热器的出口流道进行了收缩式角孔通道的使用。通过实验中的使用技术研究人员发现，对板式换热器的出口流道进行了收缩式角孔通道的使用改进，并不能够令板式换热器在日常工作过程中的流道流量分布不均匀问题得到明显的解决。实际上这一措施的使用，并没有对传统板式换热器流道之间流量分布不均匀的现象产生任何明显的影响。因此在板式换热器的出口流道进行收缩式角孔通道的使用是不可行的，也是无法达到良好效果的。

2. 进行入口设置

基于此，技术研究人员又做了在板式换热器的入口流道进行收缩是角孔通道使用的实验。通过实验中的使用技术研究人员发现，对板式换热器的入口流道进行了收缩式角孔通道的使用改进，能够在很大程度上令板式换热器在日常工作过程中的流道流量分布不均匀问题得到明确的解决。这主要得力于收缩式角孔通道在入口进行设置时，对入口通道末端处涡流区的规避。这种规避能够有效的促进流场分布状况的改变，使得板式换热器板片之间原本不甚均匀的流量分布变得更加均匀。因此使用收缩式角孔通道来促进板式换热器入口流道的设置是很有必要的，也是很有意义的。

3. 进行推广与运用

由于收缩式角孔通道对传统的板式换热器结构进行改良，这一方式在目前的板式换热器运用中并没有得到大范围的推广，因此现阶段各行业领域所使用的板式换热器仍然是传统的结构，流道中流量不均匀的问题依然存在。为了进行该问题的解决，技术研究人员应当尽力进行收缩式角孔通道在板式换热器结构改良中的作用宣传，让更多的行业，能够尝试运用收缩视角孔通道进行板式换热器的结构改良，令原本困扰板式换热器的留到流量分布不均匀问题得到充分的解决。当然，使用收缩式角孔通道对板式换热器进行改良，其本身需要花费一定的资金投入，各行业领域在进行板式换热器结构改良之前，需要对该项投入性价比进行慎重的考量。

结束语

总而言之，在收缩式角孔通道的协助使用下，原本传统的板式换热器所存在的缺点能够被尽数规避，这对未来工业生产的效率提升和能源利用率的进一步改善，都是能够起到重大帮助和效用的。该种方法的使用能够令流量分布标准差比常规换热器使用过程中的流量分布均匀标准差降低16.7%-28.7%左右。故而该种方法值得进行推广与使用。

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