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船用板式換熱器的換熱效果的分析
船舶用的板式換熱器結(jié)構(gòu)相對其他設(shè)備較為簡單，主要由螺桿、板片、壓板、底座、等組成。但是它確是船上的主要換熱設(shè)備，對船只的運(yùn)行安全起到關(guān)鍵性作用的存在。船舶板式換熱器現(xiàn)在廣泛地作為大型艦船主機(jī)缸套水、滑油冷卻器以及中央冷卻器。尤其近幾年，有了很大的發(fā)展。因?yàn)榇冒迨綋Q熱器的板片結(jié)構(gòu)會對整個(gè)換熱器的換熱性能造成直接的影響。下文就是我們博格公司對如今的船舶用板式換熱器所用到的系列板片參數(shù)，對換熱器性能的影響的深入探討，以求為進(jìn)一步的研究提供一些借鑒。
一、換熱系數(shù)的計(jì)算公式
船用板式換熱器為了能方便維修，板片與板片之間均為U型連接，為逆流方式，兩側(cè)流體為冷水與熱水或滑油。板間的換熱形式可抽象為平壁傳熱。
其中：λ為水的導(dǎo)熱系數(shù)，dε為板片的特征尺寸。由流體力學(xué)可知，當(dāng)水的流動開始由層流向紊流過渡后，即Re≥2200后，Nu數(shù)隨著Re數(shù)的增加而增加。而Re數(shù)的增加取決于水流速的增加或板片表面的波紋形狀，由此我們可以看出增大流體的流速和研究出高效的板片波紋將是強(qiáng)化板換熱的重要手段。
由于船用板式換熱器流道中流體的流量是由主機(jī)柴油機(jī)滑油或缸套水的換熱量決定的，所以研究的重點(diǎn)可以放在板片形式上。
二、影響板片換熱效果的主要因素
2.1板片厚度
由傳熱系數(shù)的表達(dá)式可知，板片的厚度δ越小，換熱器的傳熱效果越好，船用板式換熱器的標(biāo)準(zhǔn)，提出換熱器的板片厚度在0.6～0.8mm，目前行業(yè)最薄的鈦板板片已經(jīng)達(dá)到0.4mm。板片再做薄對提高換熱效果不會太明顯，而主要的是為了減少成本，降低材料的消耗，但薄板片在壓制后強(qiáng)度會相對減小。
2.2板片的夾角
船用板式換熱器提高k值的主要方法之一是提高板片兩側(cè)換熱介質(zhì)表面的流體擾動程度。船用板式換熱器的板片通常加工成人字波紋板。對于人字形波紋板片，人字角的大小對傳熱和流體阻力影響很大。人字角大的板片傳熱系數(shù)高、流體阻力亦大；反之人字角小的板片傳熱系數(shù)和阻力都低。
在船用滑油冷卻器中，由于滑油的粘度高于水的粘度，如果全使用120°大夾角的板片會造成流體阻力大，而60°小夾角板片的傳熱系數(shù)低。因此滑油冷卻器往往使用2種板片混裝的方式，在充分利用允許壓降的情況下，這種稱之為換熱混合設(shè)計(jì)，其換熱面積可達(dá)到最優(yōu)效果。
2.3板間流速
流體在板間流動，其流速是不均勻的，在主流線上的流速，約為平均流速的4~5倍，在一個(gè)流程內(nèi)每個(gè)流道的流速也不均勻。為使流體在板間流動時(shí)，出于充分湍流狀態(tài)，宜取板間的平均流速0.3～0.8m/s。在阻力降容許的情況下取大值，以提高對流傳熱膜系數(shù)，從而減小換熱面積，提高換熱效率。通常按照給定的流速選擇出板片恰當(dāng)?shù)膯纹娣e與長寬比，這樣的選型方法是控制板間流速的關(guān)鍵因素。
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