板式换热器设计与分析摘要板式换热器的传热性能与版面的波纹形状、尺寸及版面组合方式都有密切关系。
对于任何一种新型结构尺寸板片的传热及阻力特性，都只有通过实验计算测定。
对于无相变传热，多数制造商都能提供关联式：对于相变传热，绝大多数的产品，尚不能提供相关的关联式。
板式换热器是一种高效紧凑的换热设备，它的应用几乎涉及到所有的工业领域，而且其类型、结构和使用范围还在不断发展。
近年来，焊接型板式换热器的紧凑型，重量轻、换热性能好、初始成本低等优越性已越来越被人们所认识，因此人们纷纷对板式换热器内流动状态和换热机理展开研究。
随着CFD（Computational Fluid Dynamics）技术发展日趋成熟，使对流体内部温度场、压力场以及速度场的分布研究变得可行，鉴于此，本文应用CFD软件对人字形波纹板换热器进行数值模拟，在此基础上又进行了实验研究及实验数据与数值模拟的对比分析。
基于简化模型的计算结果难以准确描述换热器内完整的流体流动和换热特性。
为此，本文建立于人字形波纹板片完全相同的，含分配区和传热区冷热双流道换热的计算模型，用计算机流体力学软件Fluent6.3,数值模拟4组不同名义波纹高度下流体的流动和换热情况。
分析流道内速度场和温度场发现，进口分配区对流体流动分布和换热都有显著影响，还将流体在流道内的流动情况详细描述。
两侧流体的压降和进出口温差的计算值于实验值的误差小于6%,较准确地反映了换热器内整体的流动和换热特性，可直接用于研究板式换热器的性能，具有一定的工程实际意义。
关键词：板式换热器；热力计算；分析；数值模拟；传热性能；流道状态Design and analysis of plate heat exchangerABSTRACTPlate heat exchanger heat transfer performance of corrugated board shape, size and board composition are closely related. A new structure for any size of plate heat transfer and pressure drop characteristics only by experimental calculations. For the non-phase-change heat transfer, the vast majority of products, yet can not provide the corresponding correlation.Plate heat exchanger is a kind of high efficient compact heat transfer equipment , which involves the application of almost all the industrial fields , In recent years ,copper brazing plate heat exchanger with compact in size , light in weight , good heat transfer performance, and low operating cost advantages has increasingly been recognized. People also begin the research of flow and heat transfer in plate heat exchangers. With the development of CFD(Computational Fluid Dynamics)technology, we call obtain the temperature , pressure and velocity vectors distribution of internal fluid. In this thesis, the author uses commercial CFD software to simulate chevron corrugated plate heat exchangers.Simulation results based on the simplified model are difficult to predict hydrodynamics and thermal characteristics of plate heat exchanger accurately. Therefore, a model of the accurate size of actual chevron-type plate heat exchanger geometry is built in this paper. Using CFD software FLUENT6.3, the pressure drop and heat transfer coefficient for cross-corrugated plate heat exchangers at four different inlet velocities were investigated. By analyzing the simulation results of velocity and temperature fields, the structure of distribution area of inlet and outlet has significant influence on overall hydrodynamics and heat transfer performance of PHEs. The flow patterns in tow channels were described in detail. The simulation results of pressure drop and temperature difference between the inlet and outlet were compared with the exponential data, which shows a less than 6% error. From the simulation results , the hydrodynamics and thermal characteristics of chevron-type plate heat exchangers was properly reproduced and this method is feasible alternative of physical performance test of PHEs, which is of some practical significance.KEY WORDS : Plate heat exchangers; Heat calculate; Analysis; Numerical simulation; Fluid flow; Heat transfer.目录摘要I ABTTRACT II 1 绪论 11.1 研究课题的学术背景及意义 11.2 板式换热器的基本结构 21.3 板式换热器国内外研究进展 31.3.1 板式换热器国外研究进展 31.3.2 板式换热器国内研究进展 41.4 板式换热器的传热原理 61.5 板式换热器的特点82 板式换热器的设计计算102.1 设计工艺条件102.2 热力计算102.3 换热器的初选及其型号参数122.4 换热系数的计算132.5 实际换热面积计算142.6压降计算153 其他部件的设计准则163.1 符号163.2 板片183.3 压紧板183.4 垫片183.5 夹紧螺柱193.6 板式换热器上宜设起吊机构204 根据以上设计原则进行设计计算215 基于FLUENT 的板式换热器三位数值模拟245.1 本课题的研究内容245.2 FLUENT 简介255.3 数值计算方法265.3.1 研究对象265.3.2 数学模型265.3.3 几何模型和边界条件285.3.4 网格的划分295.4 研究对象及网格化分325.4.1 研究对象325.4.2 波纹深度h对温度场、压力场以及速度场的影响326 总结387 致谢39 参考文献40 附录411 绪论1.1 研究课题的学术背景及意义1878年德国人发明了板式换热器，现在通常称之为板式换热器，它经过了50余年的发展，至20世纪30年代,由薄金属板片压制的板片组装而成的板式换热器问世,并将该换热器应用于工业中,显示出了优异的性能, 从此就迅速地得到了广泛的推广应用，成为紧凑、高效的换热设备之一，与螺旋板式和板翅式共称为紧凑式换热器（Compact Heat Exchanger）。
板式换热器是以波纹板的新型高效换热器。
国外早在20世纪20年代就作为工艺设备引入食品工业，40-50年代初开始用于化工领域。
近十年来，板式换热器发展很迅速，现已广泛用于食品、制药、合成纤维、石油化工、动力机械、船舶、动力、供热等各行业。
目前我国的换热器工厂，制造单板传热面积从0.04平方米至1.3平方米，波纹形式为水平平直波纹、人字形波纹、球形波纹、锯齿形波纹、竖直型波纹的板式换热器。
板式换热器用于处理从水到高粘度的液体，用于加热、冷却、冷凝、蒸发等过程。
它在食品工业中应用最广泛、最早，入牛奶、果汁、葡萄糖、啤酒、植物油等的加热杀菌和冷却。
在化学工业中用作冷却氨水、凝缩甲醇蒸汽、冷却合成树脂，且广泛用于制碱、制酸、燃料工业。
在钢铁和机械制造工业中,用于冷却淬火油、水和润滑油。
在电力工业中，用于冷却变压器油、冷却双水内冷发电机组的冷却水。
其他如在造船、石油钻探、造纸、制药、纺织工业，大楼供热、采暖系统中也开始广泛的采用板式换热器。
板式换热器今后的发展趋势是：提高操作温度和操作压力，加大处理量，扩大使用范围，研制采用新的结构材料的制造工业，而研制新的垫片材料易提高其使用温度和使用压力，将是其中的重点。
虽然板式换热器有很多优点，而其现在发展很快，但他们在结构与制造上尚存在问题。
随着科学技术的飞速发展，板式换热器正不断完善，应用也日趋广泛。
21世纪我国的能源形势是紧张的，我国和世界的能源消耗随着人口的增长和工业化的进展将会快速增长；现在我们利用的主要一次能源（煤炭、石油、天然气和核能）之中，除煤炭之外，其余三项已逐渐枯竭，其价格不可避免将持续增长；目前尚没有发现能替代石油、天然气、核能的一次能源，作为有效的替补能源由太阳能和热核反应，但前者成本费高，后者尚有许多实质的问题没有解决，尚不能达到实用的阶段；为了控制地球温室效应，化石燃料的使用受到了各国舆论的强烈反对。