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

關(guān)鍵詞：鈦板板式換熱器；  總換熱系數(shù)；  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(yōu)點，被廣泛應(yīng)用于供熱空調(diào)行業(yè)。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(jié)構(gòu)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(shù)與流體流速的數(shù)學關(guān)聯(lián)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(fā)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(shù)關(guān)聯(lián)式。楊艷等人^[4]研究了傳統(tǒng)材質(zhì)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(shù)的影響，擬合了總換熱系數(shù)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(shù)與摩擦因子之間的通用關(guān)系式。此外，許多學者^[6-11]對板式換熱器的優(yōu)化設(shè)計進行了研究，提出了新型板式換熱器，得出了相應(yīng)的傳熱數(shù)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(shù)，評價流速對總換熱系數(shù)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(shù)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(cè)流體(熱流體)流速條件下，分別改變二級側(cè)流體(冷流體)的流速，得到鈦板板式換熱器在不同一二級側(cè)流速配置下的總換熱系數(shù)。采用Origin數(shù)據(jù)處理軟件中nonlinear surface fit模塊中的二元二次多項式對實驗結(jié)果進行擬合，得到鈦板板式換熱器的總換熱系數(shù)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(shù)，W／(m²·K)

z0、a、b、c、d、e——系數(shù)，見表1

v1、v2——一、二級側(cè)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(shù)的影響，定義總換熱系數(shù)絕對變化率d及總換熱系數(shù)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(shù)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(shù)絕對變化率，W·s／(m³·K)

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

V2,u、v2,L——二級側(cè)上限流速、下限流速，m／s

總換熱系數(shù)絕對變化率理解為在某側(cè)流體流速不變的條件下，另一側(cè)流速變化時，單位流速上總換熱系數(shù)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(shù)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(shù)相對變化率，s／m

總換熱系數(shù)相對變化率理解為在某側(cè)流體流速不變的條件下，另一側(cè)流速變化時，單位流速上總換熱系數(shù)的平均變化率。聯(lián)立式(1)、(3)，可計算在某個二級側(cè)上下限流速區(qū)間，總換熱系數(shù)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(shù)K隨穢：的變化見圖1。由圖1可知，當v1一定時，總換熱系數(shù)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(qū)間的變化分別見圖2、3。由圖2、3可知，一級側(cè)任意流速下，d2、z2均隨二級側(cè)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(dǎo)致板式換熱器阻力增大，影響輸配系統(tǒng)運行的經(jīng)濟性。

3　結(jié)論

①一級側(cè)或二次側(cè)流速增大時，換熱器總換熱系數(shù)隨之增大。

②一級側(cè)任意流速下，當二級側(cè)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(dǎo)致板式換熱器阻力增大，影響輸配系統(tǒng)運行的經(jīng)濟性。

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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

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