摘　要：利用实验数据对钛板板式换热器总换热系数与流速之间的关系式进行拟合，计算分析流速对总换热系数的影响。一级侧(热流体)或二次侧(冷流体)流速增大时，换热器总换热系数随之增大。设定一级侧流体流速不变，二级侧流体流速越高，通过增大流速强化传热的作用越弱。

关键词：钛板板式换热器；  总换热系数；  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

与壳管式换热器相比，板式换热器具有传热性能强、所需传热面积小、占地面积小等优点，被广泛应用于供热空调行业。曲宁^[1]利用Fluent软件建立了人字形、波浪形板式换热器模型，分析了两种板式换热器结构尺寸对流体温度场、速度场的影响，拟合得出了两种板式换热器的总换热系数与流体流速的数学关联式。曾伟平^[2]分析了水—水单相流板式换热器热、两相流冷凝板式换热器及两相流蒸发板式换热器的传热及流动特性。周玲玫^[3]对单相流及两相流板式换热器进行了实验研究，得到了流体努塞尔数关联式。杨艳等人^[4]研究了传统材质不锈钢板式换热器的传热性能，分析了冷热流体流速对总换热系数的影响，拟合了总换热系数计算式。徐志明等人^[5]利用搭建的液一液型板式换热器实验平台，拟合了流体努塞尔数与摩擦因子之间的通用关系式。此外，许多学者^[6-11]对板式换热器的优化设计进行了研究，提出了新型板式换热器，得出了相应的传热数学模型。

分析目前板式换热器的研究成果，对于防腐蚀型钛板板式换热器的传热性能研究较少。因此，本文利用实验得到的不同流速下钛板板式换热器总换热系数，评价流速对总换热系数的影响。

2　流体流速影响的评价

2.1　实验及拟合

以某厂家提供的波浪形钛板板式换热器作为研究对象，分析流体流速对板式换热器总换热系数的影响。钛板板式换热器的总换热面积为23.1m²，采取实验方法，在3种一级侧流体(热流体)流速条件下，分别改变二级侧流体(冷流体)的流速，得到钛板板式换热器在不同一二级侧流速配置下的总换热系数。采用Origin数据处理软件中nonlinear surface fit模块中的二元二次多项式对实验结果进行拟合，得到钛板板式换热器的总换热系数K的拟合计算式：

K=z0+av1+bv2+cv1²+dv2²+ev1v2  　　　   (1)

式中K——由拟合计算式计算得到的钛板板式换热器总换热系数，W／(m²·K)

z0、a、b、c、d、e——系数，见表1

v1、v2——一、二级侧流体流速，m／s

2.2　评价指标

为了定量分析流速对总换热系数的影响，定义总换热系数绝对变化率d及总换热系数相对变化率z。

①绝对变化率

在v1一定的条件下，总换热系数绝对变化率d2的计算式为：

式中d2——在v1一定的条件下总换热系数绝对变化率，W·s／(m³·K)

K2,u、K2,L——二级侧上限、下限流速分别对应的上限、下限总换热系数，W／(m²·K)

V2,u、v2,L——二级侧上限流速、下限流速，m／s

总换热系数绝对变化率理解为在某侧流体流速不变的条件下，另一侧流速变化时，单位流速上总换热系数的平均变化量。

②相对变化率

在v1一定的条件下，总换热系数相对变化率z2的计算式为：

式中z2——在v1一定的条件下总换热系数相对变化率，s／m

总换热系数相对变化率理解为在某侧流体流速不变的条件下，另一侧流速变化时，单位流速上总换热系数的平均变化率。联立式(1)、(3)，可计算在某个二级侧上下限流速区间，总换热系数的相对变化率。

2.3　分析与讨论

V1分别为0.2、0.4、0.6m／s时，由式(1)计算得到的总换热系数K随秽：的变化见图1。由图1可知，当v1一定时，总换热系数K随v2的增大而增大，但增大的幅度在减小。

d2、z2随v2流速区间的变化分别见图2、3。由图2、3可知，一级侧任意流速下，d2、z2均随二级侧流速增大而下降，这说明通过增大流速的强化传热作用逐渐减弱。不仅这样，流体流速较高易导致板式换热器阻力增大，影响输配系统运行的经济性。

3　结论

①一级侧或二次侧流速增大时，换热器总换热系数随之增大。

②一级侧任意流速下，当二级侧流速越高，通过增大流速强化传热的作用越弱。不仅这样，流体流速较高易导致板式换热器阻力增大，影响输配系统运行的经济性。

参考文献：

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[2]曾伟平．板式换热器换热和压降的性能研究(硕土学位论文)[D]．上海：上海交通大学，2009：38-41．

[3]周玲玫．板式换热器换热性能的实验研究(硕士学位论文)[D]．杭州：浙江大学，2008：44-45．

[4]杨艳，王英龙．板式换热器没计选型的一种计算方法[J].石油炼制与化工，2004(5)：54-56．

[5]徐志明，郭进生，郭军生，等-板式换热器传热和阻力特性的实验研究[J].热科学与技术,2010(1)：11-16.

[6]宋继伟.球面不连续波纹板式换热器传热和阻力性研究(博士学位论文)[]．济南：山东大学，2012：79-81.

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[9]张冠敏．复合波纹板式换热器强化传热机理及传热特性研究(博士学位论文)[D]．济南：山东大学，2006：78-80．

[10]王飞．正六边形球面肋板式换热器性能分析及优化设计(硕士学位论文)[D]．济南：山东大学，2011：37-38．

[11]商建平，俞树荣．板式换热器遗传算法优化设计[J]．石油化工没备，2002(5)：16-18．

本文作者：高小龙  刘玉洪  唐晓会  黄光勤  封滟彦

作者单位：重庆大学

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