板式換熱器的能效比是在部分負荷下的變化,它取決于負荷調節方式與介質流動狀態,并不是簡單的線性增減,艾克森幫助大家掌握變化規律,方便優化換熱器系統運行,減少能源浪費。
1.需明確部分負荷的定義:指換熱器實際處理的冷熱介質流量、溫差低于設計額定值的工況,常見于工業系統的變工況運行。能效比的變化需結合流量調節與溫差變化兩大核心因素。
當通過降低介質流量實現部分負荷時,如果流量降低幅度較小,能效比下降平緩。此時,介質在板片間仍能保持充分湍流狀態,傳熱系數下降幅度小于流量下降幅度,能效比僅降低5%-10%。如果流量降低幅度超過30%介質流動狀態會從湍流轉為層流,傳熱系數大幅下降,能效比隨之顯著降低。層流狀態下,介質熱傳遞主要依賴分子擴散,板片表面的邊界層增厚,熱阻增大,即使溫差不變,換熱效果也會明顯衰減。例如,流量降至40m3/h 時,傳熱系數可能降至1200W/(㎡?℃),能效比僅為48%,此時需消耗更多泵功維持流量,反而導致系統能耗上升。
2.當通過減小介質溫差實現部分負荷時,能效比的變化相對平緩。只要流量保持在額定值的60%以上,湍流狀態不變,傳熱系數基本穩定,能效比下降幅度與溫差下降幅度近似成正比。此外,部分負荷下的能效比還與換熱器的板片類型相關:波紋間距小、湍流強化效果好的板片,在低流量下仍能維持湍流,能效比下降幅度比平直板片小15%-20%。
3.板式換熱器在部分負荷下,小幅度流量或溫差變化時能效比平緩下降,流量大幅降低會導致能效比驟降。實際運行中,艾克森建議通過調節板式換熱器溫差而非大幅降流量實現部分負荷,同時優先選用湍流強化型板片,提升低負荷下的能效。
2.兩相流中氣相比例超過多少,板式換熱器傳熱效率下降?
板式換熱器處理兩相流也就是氣液混合物時,氣相比例是影響傳熱效率的關鍵因素,當氣相比例超過特定閾值時,會因“氣阻”“液膜斷裂”等問題導致傳熱效率明顯下降,艾克森告訴大家該閾值需結合板片結構與介質特性綜合判斷,單常規工業場景下多為30%-40%。
1.確定這一比例需要明確兩相流在板式換熱器中的傳熱特點:液相通過板片間的湍流傳遞熱量,氣相則因熱阻大,會阻礙液相與板片的接觸。低氣相比例時,氣相以小氣泡形式分散在液相中,對液相流動干擾較小,甚至能輕微強化湍流,傳熱效率僅下降3%-5%,基本不影響正常運行。例如,在熱泵系統中,制冷劑兩相流氣相比例為15%時,板式換熱器仍能保持95%以上的額定傳熱效率。
2.當氣相比例達到20%-30%時,氣泡逐漸聚合形成較大氣團,開始占據板片間的部分流道,液相流動空間縮小,流速加快,但氣團會導致板片局部“干斑”,傳熱系數開始明顯下降。此時,換熱器仍能正常工作,但需要通過提高介質流速來彌補傳熱損失,增加能耗。
3.當氣相比例超過30%-40%時,傳熱效率會出現驟降。此時,氣相在流道內形成連續“氣塞”,嚴重阻礙液相流動:一方面,氣塞占據大量流道空間,液相流速過高導致壓力降急劇上升,增加泵功消耗;另一方面,氣塞覆蓋的板片區域無法與液相接觸,干斑面積擴大,傳熱系數可能降至額定值的50%以下。
4.不同板片結構的閾值存在差異:人字形板片因流道狹窄、湍流劇烈,氣相易聚合形成氣塞,閾值較低;平直板片流道較寬,氣相分散性更好,閾值較高。此外,介質黏度也會影響閾值:高黏度液相流動性差,氣相更易滯留,閾值可能降至25%-30%;低黏度液相則閾值更高。
可通過安裝“氣液分離器”預處理兩相流,降低進入換熱器的氣相比例,或選用“降膜式板式換熱器”,避免傳熱效率驟降。
板式換熱器處理兩相流時,一般來講氣相比例超過30%-40% 會導致傳熱效率明顯下降,具體閾值艾克森還是建議需結合板片類型與介質特性確定,實際運行中需要控制氣相比例或選用專用設備,來保障換熱效果。
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