- 板翅式换热器具有结构紧凑、传热效率高等特点,与传统的管壳式换热器相比,其传热效率提高20%～30% ,成本可降低50% ,现已广泛应用于石油化工、航空航天、电子、原子能和机械等领域。目前板翅式换热器的制造材料主要使用铝合金,因此存在耐腐蚀性差、承压低等缺点。另外,板翅式换热器结构比较复杂,人工进行热力设计困难,特别是有相变、多股流体换热的情况,用手工进行精确热力设计计算几乎不可能。为了进一步拓宽其应用范围,近年来板翅式换热器的设计理论、试验研究、制造工艺及开拓应用的研究方兴未艾,特别是一些新技术的渗透,使板翅式换热器的应用范围更加广泛,下面将介绍我们近年来在板翅式换热器研究与开发方面所做的工作。
板翅式换热器在压缩机中主要用于油冷却器和压缩空气冷却器,有空冷和水冷两种形式。无论是空冷还是水冷冷却器,高温压缩空气在冷却过程中都会有冷凝水析出,并在翅片上聚集形成“水桥”,阻止了空气的流通,从而使空气压力降增大,并导致热交换效率下降,空调中的板翅式换热器也存在类似的情况。尽管铝及其合金具有良好的抗蚀性能,但是长期滞留在铝表面的冷凝水吸收空气中的氧、硫及氮等,在铝表面形成腐蚀电池,加速腐蚀。腐蚀产物在铝翅片表面聚集,将降低热交换效率。对于水冷却器,在水侧同样存在腐蚀性问题,长期运行也将缩短铝制板翅式换热器的寿命。
为提高铝表面的抗腐蚀和亲水性能,作者对铝翅片表面处理技术进行研究,提出了一种两步成膜法。先用铬酸2铬盐在铝翅片表面形成一层防蚀纳米膜。在此涂层之上,再用小于100nm的细硅酸微粒进行涂膜,这样, 2SiOH基团将在水中离解并产生负电荷,可使水中分散的负电荷很稳定,当加热此液态悬浮液时,硅粒子就很难再分散并且很难从表面移走。这些粒子上的2SiOH基团可以吸附水分子形成亲水表面。实际使用效果表明,采用此方法能提高换热器寿命和减小空气侧压力降。
(1)开发的表面处理技术,可提高铝板翅式换热器的耐蚀性和亲水性,能提高换热器寿命,降低压缩空气的压力损失。
(2)开发的板翅式换热器快速创型系统具有优化设计、参数化绘图和快速报价等功能,能提高设计效率几十倍,降低产品成本。
(3)通过应用先进制造工艺和引进新材料,开发了具有抗强腐蚀、抗结垢的聚四氟基复合材料板翅式换热器,对能耐高压和耐高温的不锈钢板翅式换热器的制造工艺进行了研究,取得了一些初步结果,这将进一步拓宽板翅式换热器的应用范围和领域。
(4)应用大型有限元ANSYS系统对高压板翅式换热器的结构进行了分析,得出了一些提高产品可靠性的设计准则。
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