船用板式換熱器作為船上的主要換熱設(shè)備對(duì)全船的安全運(yùn)行起到關(guān)鍵的作用。它的結(jié)構(gòu)相對(duì)其他設(shè)備較為簡(jiǎn)單，主要由螺桿、壓板、底座、板片等組成。它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。幾十年來(lái)得到了很大的發(fā)展。各大廠家都將精力放在如何提高板式換熱器的換熱效果上。
由于船用板式換熱器的板片結(jié)構(gòu)直接影響了換熱器的性能。本文將對(duì)現(xiàn)有的船用板式換熱器的一系列板片參數(shù)對(duì)換熱器性能的影響進(jìn)行探討，以求為進(jìn)一步的研究提供一些借鑒。
1 換熱系數(shù)的計(jì)算
船用板式換熱器為了其維修性，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(dòng)開(kāi)始由層流向紊流過(guò)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。
2 板片主要影響換熱效果的因素
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(duì)提高換熱效果不會(huì)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(huì)相對(duì)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(dòng)程度。船用板式換熱器的板片通常加工成人字波紋板。對(duì)于人字形波紋板片，人字角的大小對(duì)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(huì)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(dòng)，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(dòng)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(duì)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(zhǎng)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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