板式换热器中的流体是如何流动的？

一、结构基础：板片与流道

• 板片设计：表面有波纹（如人字形、水平平直波纹等），增加流体湍流程度，强化传热。
• 流道分布：冷、热流体分别流经相邻的两个流道，通过板片进行热量交换。

二、流体流动形式

1. 逆流流动

• 特点：冷、热流体在流道中沿相反方向流动（如一侧从左上流入、右下流出，另一侧从右下流入、左上流出）。
• 优势：传热温差大，平均传热系数高，热回收效率最佳。
• 应用：多数工业场景（如制冷、化工、暖通）的首选流动形式。

2. 顺流流动

• 特点：冷、热流体沿相同方向流动（如均从左上流入、右下流出）。
• 优势：初始阶段传热速率快，但末端温差较小，总传热量低于逆流。
• 应用：对出口温度控制要求高的场景（如某些食品加工工艺）。

3. 错流流动

• 特点：冷、热流体流动方向垂直交叉（如一侧水平流动，另一侧垂直流动）。
• 优势：流动阻力较小，适合高粘度或含颗粒的流体。
• 应用：特殊工况（如部分造纸、制药行业）。

三、流动特点：湍流与传热强化

1. 湍流主导
   • 波纹板片使流体在流道中形成强烈湍流，破坏边界层，减少热阻，提升传热效率。
   • 湍流程度与波纹角度、间距相关：角度越大，湍流越强，但流动阻力也越大。
2. 交替流动与混合
   • 相邻流道的流体通过板片分隔，但波纹结构使流体在流道内产生横向混合，进一步增强热交换。
3. 低流速高效传热
   • 即使在较低流速下（如 0.3~0.5 m/s），湍流仍能保证较高的传热系数（可达管壳式换热器的 2~4 倍）。

四、流动路径与流道分配

• 单流程与多流程
  • 单流程：冷、热流体均只流经一组并联流道，适用于流量大、温差小的场景。
  • 多流程：流体依次流经多组串联流道（如先流经左侧流道，再转向右侧流道），可增加流程长度，提升温差，适用于小流量、大温差需求。
• 分流与合流
  • 流体进入换热器后，通过分配器均匀分流至各并联流道，确保流量均匀分布，避免 “偏流” 导致传热效率下降。

五、影响流动的关键因素

1. 流体物性
   • 粘度、密度、导热系数等影响流动阻力和传热性能。例如，高粘度流体需降低流速以减少压降。
2. 操作参数
   • 流速：流速增加，湍流增强，但压降也增大，需平衡传热与能耗。
   • 压降限制：工业设计中通常限制压降在 0.1~0.5 bar，避免动力消耗过高。
3. 板片结构参数
   • 波纹深度、角度、间距决定流道截面积和湍流强度。例如，人字形波纹板在夹角为 60° 时传热效率最高，但阻力也最大。

六、典型应用场景

• 制冷行业：冷水机组中采用逆流流动，实现制冷剂与水的高效换热。
• 化工行业：错流或多流程设计用于处理高粘度介质或需要精确控温的反应体系。
• 暖通空调：顺流或逆流用于供暖水与二次水的热交换，满足不同温差需求。

总结