印刷電路板式換熱器傳熱與流動(dòng)研究進(jìn)展

于改革，陳永東，李 雪，吳曉紅

符 號(hào)

Re——雷諾數(shù)

Nu——努塞爾數(shù)

Pr——普朗特?cái)?shù)

f——阻力因子

U——總傳熱系數(shù)，W/（m2·K）

fcw——Colebrook and White阻力因子，無(wú)量綱C.F——修正因子

VS——流體定性溫度下的運(yùn)動(dòng)黏度，m2/s

Vb——壁面溫度下的運(yùn)動(dòng)黏度，m2/s

eNu——Zig-Zag通道Nu與直通道Nu比值

ef——Zig-Zag通道f與直通道f的比值

wh——波高，m

wp——單波波長(zhǎng)，m

μh——熱側(cè)流體動(dòng)力黏度，Pa·s

下 標(biāo)

b——定性溫度

pc——臨界點(diǎn)

1 前言

印刷電路板式換熱器（PCHE）已廣泛應(yīng)用于海洋油氣處理、浮式液化天然氣裝置，并且適用于耐高溫高壓等苛刻條件，在新一代核電領(lǐng)域、光熱發(fā)電領(lǐng)域、氫能領(lǐng)域展現(xiàn)出廣泛的應(yīng)用前景［1～3］。至今 PCHE 的設(shè)計(jì)、制造、維護(hù)成套技術(shù)被英國(guó)Heatric公司壟斷近30年［4］，雖然近些年瑞典阿法拉伐公司、日本神鋼、美國(guó)桑迪亞研究中心聯(lián)合真空擴(kuò)散焊公司VPE等陸續(xù)推出PCHE產(chǎn)品［5，6］，但新生代公司PCHE板片材料僅限于不銹鋼316/316L，304/304L，且有關(guān)其傳熱與流動(dòng)設(shè)計(jì)核心技術(shù)仍處于保密狀態(tài)。PCHE復(fù)雜幾何結(jié)構(gòu)內(nèi)的溫度場(chǎng)與流場(chǎng)耦合效應(yīng)引起的熱力特性引起了國(guó)內(nèi)外學(xué)者廣泛關(guān)注，已開(kāi)展了大量PCHE數(shù)值模擬和試驗(yàn)研究。

本文主要介紹了PCHE數(shù)值模擬、試驗(yàn)研究進(jìn)展，列出并對(duì)比相關(guān)研究中得到的傳熱與流動(dòng)準(zhǔn)則方程，指出當(dāng)前研究存在的問(wèn)題，并為將來(lái)PCHE傳熱與流動(dòng)研究提供方向，對(duì)促進(jìn)PCHE產(chǎn)品在新領(lǐng)域應(yīng)用及國(guó)產(chǎn)化進(jìn)程具有重要意義。

2 PCHE傳熱與流動(dòng)數(shù)值模擬研究

PCHE板片厚度一般小于5mm，流道形式可以分為連續(xù)型和非連續(xù)型兩大類［7］。傳熱與流動(dòng)數(shù)值模擬研究集中在應(yīng)用廣泛的連續(xù)型通道，涵蓋直通道、梯形通道、蛇形通道、Sin曲線通道、Zig-Zag通道，通道直徑在0.2～5mm，通道截面形式包括半圓形、矩形、三角形、梯形。……