毕业设计（论文）前期材料一一过程装备与控制工程毕业设计开题报告
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- 课题研究的意义，国内外研究现状和发展趋势
1.1课题研究的背景及意义
板式换热器是由一系列具有一定波纹形状的金属片叠装而成，包括传热半片、密封垫片、压紧板、上下导杆、支柱、夹紧螺栓等主要零件。各种半片之间形成薄矩形通道，通过半片进行热量交换。它与常规的管壳式换热器相比，在相同的流动阻力下，其传热系数要高出很多。
板式换热器的形式主要有可拆卸式和焊接式两大类，板片形式主要有人字形波纹板、水平平直波纹板和瘤形板片三种。
板式换热器主要由框架和板片两大部分组成[1]。
板式换热器的优点：
(1)结构紧凑板式换熟器所占的空间是目前各种换热器较小的一种。
(2)传热系统高由于板片组中流动的介质在较低雷诺数(Re)时, 就能形成涡流, 而且光滑的板片上不易生成污垢, 因此有非常高的传热效率。
(3)热回收率高由于传热系数高, 流量比特性优异, 加上完全逆向流动, 传热温差可以选用得很低, 因此非常适合于低位能热量的回收。
(4)适应性大可拆式和半焊式板式换热器具有无与伦比的适应性。
(5)介质不混合不泄漏板式换热器垫片系统设计优良, 是保证在正常运转条件下不漏入大气, 亦不相互混合的重要因素。
(6)节省投资板式换热器由于结构紧凑、重量轻, 传热效率高, 单位占用面及耗费金属低, 减少了维修费用, 建筑费用等。
缺点：
(1)工件压力在2. 5Mpa 以下板式换热器是靠垫片密封的,密封周边很长, 而且角孔的两道密封处的支承情况较差, 垫片得不到足够的压紧力。
(2)工作温度在250℃以下板式换热器的工作温度决定于密封垫片能承受的温度。用橡胶弹性垫片时, 最高工作温度在200℃以下; 用压缩心棉绒垫片(Csf)时, 最高工作温度为250～260℃。由于压缩心棉绒垫片的弹性差, 所以工作压力较用橡胶垫片低。
(3)不易于进行易堵塞通道的介质的换热板式换热器的板间通道很窄, 一般为3～5mm, 当换热介质中含有较大的固体颗粒或纤维物质时, 就容易堵塞板间通道。对这种换热场合, 应考虑在入口装设过滤器, 或采用再生冷却系统[2]。
目前，板式换热器设计、运行还是主要依靠实验研究。早在132年前，德国发明了板式换热器，直到1923年APV公司才开始成批生产铸铜沟道板片的板式换热器。1930年，研究出不锈钢波纹板型板式换热器，从此为现代板式换热器奠定了基础。
通过实验研究和应用实验表明，人字形的传热特性和流阻特性效果优良，所以近几十年板式换热器大都采用人字形板片。最具有代表性的实验当属W.W.Focke的实验研究，他采用了有限扩散电流技术(DLCT)，通过类比关系得到人字形流通的传热速率。此研究确切地找出了板式换热器波纹倾角对传热与阻力性能的定性关系。W.W.Focke的实验也为板式换热器的实验指出了途径[3]。
1.2国内外研究现状和发展趋势
近些年板式换热器主要研究方向之一是创新板型以及研究板型的几何参数对换热及流动的影响。Muley和Manglik通过实验分析了多种板式换热器的数据，得到了一系列传热及流阻的综合关系式。Mir-Akbar Hessami通过两种板片从层流到紊流区的实验，在不改变波纹高度和波纹距离的条件下，比较了6o。和45。的波纹，指出对于6O。波纹人字形板片的努谢尔数和摩擦系数是45。的2倍左右。
Kwan-Soo Lee，Woo-Swung Kim等人实验研究了板式换热器板片之间镶锥形圆钉增强扰动强化传热方法，得到镶嵌圆钉的横向距离、纵向距离、圆钉高度和锥角是影响传热性能的主要因素，通过分析研究最后得到影响参数之间的优化方案。
限制板式换热器使用的一个重要因素是它的流动阻力较大。对于板式换热器的阻力特性和压力分析问题，Reinhard Wurfel，Nikolai Ostrowski进行了较细致的研究，说明了影响板式换热器性能的主要原因之一是变负荷及波纹板几何参数的影响。除了对板式换热器在高雷诺数范围内传热与阻力性能的研究，还有一些学者对板式换热器在低雷诺数范围内传热与阻力性能进行了探索及实验。Muley在低雷诺数状态下，对水—水和水—蔬菜油介质板式换热器进行了阻力实验，分析了不同波纹倾角板片参数对流阻的影响。Yasa Eslamoglu等人对空气流过水平平直波纹板进行实验，测试不同流道高度对传热与阻力的影响，发现努谢尔数随着流道高度的增加而增大，但摩擦系数也会增加，实验表明小间距流道传热效果好。
Reinhared Wiirful等人对波纹板式换热器蒸汽冷凝性能进行了实验研究，在完全凝结工况下研究了不同板片结构、不同负荷及波纹倾角对换热和流阻的影响。
板式换热器中流体的分布不均匀是影响板式换热器性能的一个主要因素。B．Prabhakara Rao等人对板式换热器中不均匀流动做了分析研究。研究表明，在板式换热器流道中流速相等的假设与实验情况有很大出入。他们在实验基础上考虑了非均匀流动分布因素，建立了新的传热与流动阻力公式，其结果与实验吻合较好[3]。
近几年板式换热器从技术上，结构上有了更大的突破和改进，主要有：
(1)不等通道面积板式换热器
这种板式换热可使流体流量在不相同情况下操作，以使其通过板问的流速相近或相
等，其横截面积比至少可达2：1。
(2)大间隙扳式换热器
含纤维和粗大颗粒的流体，在普通的板式换热器内很容易堵塞。高粘度的流体在板间通流阻力也很大。通过加大换热板间的间隙，可以使以上问题得到顺利解决。产品通道的间隙可达16mm，板的形状可使换热器达到高紊流性和高传热效率。
(3)双壁板式换热器
双壁板式换热器适用于两种换热器介质互混后会发生有害反应的情况，以双板代替了一般介干两种介质问的单板。组装双板所形成的通道用密封胶垫密封。双板之上穿孔会使介质漏到板问，从而从板间中流出，以使人们发现后及时修理及更换，保证两种介质无法互混。
(4)双板焊接(全焊接)式板式换热器
石化工业中的许多产品对橡胶材质是具有侵蚀性的，一般不可能采用橡胶垫片的蕴式换热 焊接式板式换热器采用全焊接或双板焊接的结构，泄漏一般不易发生。
(5)石墨板式换热器
石墨板式换热器是因某些介质对稀有金属或舍金腐蚀性太强而研制出来的产品，传热板是由石墨和氟塑料配制的原料模压而成，并装配上由防腐材料制成的薄平垫片。石墨板防腐性和传热性能良好。且热膨胀小，在高温和高压下不发生塑性变形。
(6)不粘结垫片板式换热器
此种板式换热器的密封垫片与板片的连接，不用粘结剂粘结。加垫片时直接将垫片塞到有关结构处a这使换垫片的操作简化，全部操作可就地进行，不用将板从框架上拿下来，因此会降低维修费用并缩短停产时间[4]。
板式换热器仍存在的问题：
(1)传热系数 增大，可使传热效果增加，但通常增大K，流动阻力也增加，这将使运行费用增加，传热系数与压降之间的优选问题尚待解决
(2)目前，国内各厂生产的板式换热器规格尚不统一，要制定统一的标准
(3)在各工作压力下，满足强度要求的板材强度还不能准确计算，尚要进一步研究，以节省材料消耗
(4)利用全镀覆耐蚀金属的碳钢板代替台金钢板以降低生产成本，是需要解决的问题。目前已有这方面的研究成果，但尚未实现工业应用
(5)冷凝型板式换热器尚需开发。
(6)耐温、耐压并可长期使用的密封垫片尚需进一步开发
(7)开发适于恶劣环境的新型板式换热器。
(8)开发板式换热器的优化设计程序[4]
作为一种高效紧凑式换热器，在加热、冷却、冷凝、蒸发和热回收过程中，除了高温、高压和特殊介质条件外，板式换热器均已替代管壳式换热器。经试验证明在板式换热器适用范围内，绝大多数工况时，用不锈钢板式换热器比一般碳钢换热器投资低，而且可以预见板式换热器与管壳式换热器的竞争会更加激烈。 ...
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