世界能源消耗正在逐步增加，节新疆换热器约能源和减少能源消耗是世界各国所共同面临的问题。目前，在工业领域能源浪费最为严重，其原因在于工质余热的大量浪费，如果能有效回收余热能量则对于降低能源消耗速度至关重要。

热交换器通常又被大家称作为换热器，是一种应用在冷、热流体之间，把热量通过一定的传递方式传给冷流体的节能换热设备。换热器广泛应用在化工、石油、冶金、电力、食品等各种领域，因此换热器对于能量的节约、回收再利用发挥着至关重要的作用。

多年来，传统的管壳式换热器一直在换热器行业占据龙头地位，它们设计坚固、灵活，但缺乏紧凑性。与管壳式换热器相比，板式换热器具有以下较多优点：

a.传热系数高；

由于不同的波纹板相互新疆换热器倒置，构成复杂的流道，使流体在波纹板间流道内呈旋转三维流动，能在较低的雷诺数（一般Re=50~200）下产生紊流，所以传热系数高，一般认为是管壳式的3~5倍。

b.对数平均温差大，末端温差小;

在管壳式换热器中，两种流体分别在管程和壳程内流动，总体上是错流流动，对数平均温差修正系数小，而板式换热器多是并流或逆流流动方式，其修正系数也通常在0.95左右，此外，冷、热流体在板式换热器内的流动平行于换热面、无旁流，因此使得板式换热器的末端温差小，对水换热可低于1℃，而管壳式换热器一般为5℃。

c.占地面积小;

板式换热器结构紧凑，单位体积内的换热面积为管壳式的2~5倍，也不像管壳式那样要预留抽出管束的检修场所，因此实现同样的换热量，板式换热器占地面积约为管壳式换热器的1/5~1/8。

d.容易改变换热面积或流程组合；

只要增加或减少几张板，即可达到增加或减少换热面积的目的；改变板片排列或更换几张板片，即可达到所要求的流程组合，适应新的换热工况，而管壳式换热器的传热面积几乎不可能增加。

e.重量轻；

板式换热器的板片厚度仅为0.4~0.8mm，而管壳式换热器的换热管的厚度为2.0~2.5mm，管壳式的壳体比板式换热器的框架重得多，板式换热器一般只有管壳式重量的1/5左右。

f. 价格低；

采用相同材料，在相同换热面积下，板式换热器价格比管壳式约低40%~60%。

g. 制作方便；

板式换热器的传热板是采用冲压加工，标准化程度高，并可大批生产，管壳式换热器一般采用手工制作。

h. 容易清洗；

框架式板式换热器只要松动压紧螺栓，即可松开板束，卸下板片进行机械清洗，这对需要经常清洗设备的换热过程十分方便。

i. 热损失小；

板式换热器只有传热板的外壳板暴露在大气中，因此散热损失可以忽略不计，也不需要保温措施。而管壳式换热器热损失大，需要隔热层。

j. 容量较小；

约为管壳式换热器的10%~20%。

k. 单位长度的压力损失大；

由于传热面之间的间隙较小，传热面上有凹凸，因此比传统的光滑管的压力损失大。

l. 不易结垢；

由于内部充分湍动，所以不易结垢，其结垢系数仅为管壳式换热器的1/3~1/10.

m. 工作压力不宜过大，可能发生泄露；

板式换热器采用密封垫密封，工作压力一般不宜超过2.5MPa，介质温度应在低于250℃以下，否则有可能泄露。

n. 易堵塞；

由于板片间通道很窄，一般只有2~5mm，当换热介质含有较大颗粒或纤维物质时，容易堵塞板间通道。

图1

凹凸板式换热器是近年来国内新兴起来的一种新型换热器，其在化工方面的应用相比其他换热器具有显著的优势，不仅密封性好、占地面积少、耐腐蚀，而且换热能力强。

凹凸板式换热器其主要换热部件为凹凸板片。凹凸板片有许多不同名称如：凹坑板、凸胞板、蜂窝板、鼓泡板和雨滴板等，具体形状如图1 所示，本文统称其为凹凸板片。其中市场上常见的凹凸板片类型是蜂窝板，加工工艺是由两张薄板通过焊缝或焊点组成不同流道，用液压或气压方式吹胀成不同形状。凹凸结构的研究源于上世纪80 年代前苏联时期，当时苏联学者称凹坑能够强化传热的现象为“旋风冷却”，直到在90年代中期其他国家学者才开始研究有关凹凸结构对于换热和阻力的影响。

对换热器性能进行评价时需要考虑许多因素，如安全性、传热性能、加工工艺、阻力特性以及经济性等。早期学者对于换热器强化传热性能的评价方法比较单一，只考虑单一因素对传热性能的影响，如总传热系数和压损等。随着传热技术的不断发展，学者开始从能量利用角度来评价换热器性能的好坏，并提出了熵方法和㶲方法。此后更加完善的评价方法接踵而来，研究人员在前人评价方法的基础之上引入无量纲量，从而延伸出一系列综合评价方式。本文对研究中常用的几种方法做了简要的归纳对比，

具体内容如图2 所示。

在早期为了研究凹凸结构对传热的影响状况，Afanasyev 等人对凹坑板和平板进行了初步的传热和流动实验研究，发现凹坑板在流动阻力增加不大的前提下，传热系数增长了30%～40%，这就初步验证了凹坑板相比平板具有更好的传热和流动特性。陈欢对单、双面蜂窝板进行了模拟研究，研究表明蜂窝板相比平板在阻力增加不大的情况下，综合换热性能更好，而且单、双面蜂窝板对于板片内部流体的流动传热规律具有一致性，流体流经焊点时，相比其他平滑区域，焊点周围的换热系数更高，并且焊点前的换热系数大于焊点后的换热系数；在焊点直径过大时，扰动增强、流动阻力增大，综合换热性能降低，所以在一定范围内增大焊点直径，综合换热性能随之增大。这为以后凹凸板片板型的开发提供了借鉴依据。

Ku ** r 等对凹凸板片通道内流体的传热和流动特性进行了数值研究，发现板片焊点直径对于通道内的传热影响可以忽略不计，但随着焊点直径的增大，通道的综合换热性能降低，而且对压力损失有着直接的影响。Shirzad 等人利用CFD 对凹凸板片进行模拟研究，通过研究不同焊点通道高度、纵向间距和横向间距对换热性能的影响，发现在Re＝1 000～8 000 的范围内，低雷诺数下，增加板片通道的高度可以提高换热器的热性能；增加焊点的横向和纵向间距，会降低传热性能和摩擦系数，但是减小摩擦系数的利大于减小换热的弊，因此在一定的范围内，横、纵向间距的增大对换热器性能的提高有一定的作用。

Shirzad 的研究得出横向和纵向间距的增大有利于换热器性能的提高，但是并没有指出横向和纵向间距增大的极限值，因此关于横向纵向间距的研究仍要继续。

对于凹凸板片换热器，不同的鼓泡高度、鼓泡大小、焊点间距、焊点大小以及不同板片排列方式都会改变换热器的整体换热性能，不同板型的组合也会导致不同的换热能力，因此板片结构参数的优化探究还要进一步深入。