板式換熱器的阻力降是如何產(chǎn)生的？

在板式換熱器的應(yīng)用中，阻力降又稱為壓降，是一個(gè)與傳熱效率同等重要的性能參數(shù)。它指的是流體在流經(jīng)換熱器通道的過程中，由于流動(dòng)阻力而造成的壓力損失。理解壓降的成因并對(duì)它進(jìn)行有效管理和優(yōu)化，是確保艾克森板式換熱器更經(jīng)濟(jì)、更穩(wěn)定運(yùn)行的核心。

艾克森板式換熱器的壓降主要由以下四個(gè)部分的能量損失疊加構(gòu)成：

1.沿程摩擦阻力：這是壓降中最主要的部分。流體在流經(jīng)狹長(zhǎng)且?guī)в袕?fù)雜波紋的板片通道時(shí)，會(huì)與板片表面產(chǎn)生劇烈的摩擦。板片上的波紋雖然能高效地?cái)_動(dòng)流體、強(qiáng)化傳熱，但也顯著增加了流體接觸的壁面面積和粗糙度，從而大大提升了摩擦阻力。流體的粘度越高、流速越快、通道越長(zhǎng)且波紋就會(huì)越復(fù)雜，這部分阻力就越大。在湍流狀態(tài)下，這部分阻力與流速的約1.75次方成正比，因此流速的微小增加都會(huì)導(dǎo)致壓降的顯著上升。

2.局部形狀阻力：這是由于流道橫截面積突然變化所引起的壓力損失。具體體現(xiàn)在：

（1）端口區(qū)域：流體從進(jìn)口管箱進(jìn)入，需要突然加速并分散到各個(gè)平行的板片通道中；在出口處，又需要從各通道匯集并減速進(jìn)入出口管箱。這兩個(gè)過程中的加速和減速都會(huì)帶來顯著的動(dòng)能變化和渦流損失。

（2）通道分配區(qū)：流體從端口進(jìn)入后，需要流過板片角孔并分配到板片間的各個(gè)通道，這個(gè)分配過程并非均勻平順，會(huì)產(chǎn)生渦流和流動(dòng)死區(qū)，消耗能量。

3.加速與轉(zhuǎn)向阻力：板式換熱器的板片波紋使得流體在流動(dòng)過程中需要不斷地改變方向和速度。每一次方向的改變，流體都需要克服慣性，它的動(dòng)量就會(huì)發(fā)生改變，這需要消耗壓力能。同時(shí)，在波紋的波谷和波峰處，流道的截面積周期性變化，導(dǎo)致流體反復(fù)地加速和減速，這種動(dòng)能與壓力能的持續(xù)轉(zhuǎn)換過程也伴隨著不可逆的能量損失。

4.重力引起的靜壓變化：對(duì)于垂直安裝的換熱器，如果流體的密度較大，流體從底部流向頂部時(shí)，需要克服重力做功，這部分也會(huì)體現(xiàn)為進(jìn)出口的壓差。但在大多數(shù)計(jì)算中，如果安裝高度差不大，此項(xiàng)通常被忽略。

5.壓降過高會(huì)帶來一系列負(fù)面影響：首先意味著需要更大功率的泵或風(fēng)機(jī)來驅(qū)動(dòng)流體，直接導(dǎo)致運(yùn)行能耗的增加。其次，過高的壓降可能在一些低壓系統(tǒng)中導(dǎo)致汽蝕或流量不足。最后，對(duì)于本身承壓能力有限的艾克森板片，過高的壓差也是潛在的機(jī)械損傷風(fēng)險(xiǎn)。

板式換熱器的阻力降是流體在復(fù)雜內(nèi)部結(jié)構(gòu)中流動(dòng)時(shí)，為克服摩擦、轉(zhuǎn)向、加速等阻力所必須付出的能量代價(jià)。它既是衡量設(shè)備流動(dòng)阻力的一個(gè)重要指標(biāo)，也是與傳熱性能緊密耦合的重要變量。