技术研究：新型高效点波板式冷凝器
板式换热器作为制冷空调和热泵机组的关键部件之一，行业也对其换热性能及阻力损失提出了越来越高的技术要求。对于提高钎焊式板式换热器的性能的研究，最常用的思路是通过改变板片的结构形态，以增大换热系数、减小流动阻力、增大有效传热面积，从而实现增强换热器性能的目标。本文就来介绍一种新型点波板片结构的换热器。
1、实验装置及测试样件
板式换热器性能测试台如下图1所示。
该实验台由三个模块组成，分别是制冷剂模块、冷水模块和热水模块。通过管路的开闭，该实验台可实现板式换热器在三种情况下的性能测试：单相水-水换热、两相制冷剂蒸发换热、两相制冷剂冷凝换热。为了更好反映两种板片类型的流动换热特性，除了波纹类型不同外，单板面积、角孔大小、板片大小和片数以及接管类型均保持相同，两种板片的结构形式分别示于图2(a)和(b)，两种波型样机的详细结构参数可见表1。
每种板片类型各做了两台样机，片数分别为8片和4片，共4台样机，其8片样机用于单相水水换热研究，4片样机用于冷凝换热测试。
2 、测试工况及误差分析
为了更好地比对两种波纹板片性能，笔者设计了同样的测试工况，测试模式采用了定能力方式进行。主要用于评估换热性能及阻力损失。单相水-水换热的板式换热器共由24个板片组成，样机编号分别为HB-24和DB-24，前者为人字波板片，后者为点波板片，其中热水侧流道12个，冷水侧流道11个。
冷凝测试为4板片的样机，样机编号分别为HB-4和DB-4，其中制冷剂流道一个，而水侧流道为两个，对上述两种板型四种样机分别进行了同样工况下的定能力测试。单相水-水换热和冷凝测试的测试工况分别如表2和表3所示。
采用Moffat误差分析方法，分析了换热系数的误差，如表4所示。
3、结果分析和讨论
对于单相水-水换热实验，按定能力模式每台样机进行了70 kW工况点的测试，分别得到了该组样机的出口温度及压降。通过对实验结果进行分析，并采用笔者开发的换热和压降关联式预测其它工况点的数值，结果对比以图3的形式表示。
可见，对于给定的测试工况，该人字波板的换热系数为6,404 W/m2·K，压降为41.6 kPa；而该点波纹板的换热系数为6,710 W/m2·K，压力损失为30.6 kPa。即点波板付出较小的代价而得到了较高的换热能力。如果人字波板与点波纹板实现同样的压力损失，则换热系数只有5,959 W/m2·K；另一方面，人字波板达到点波纹板同样的换热能力，需付出的压力损失则高达51 kPa。
对于两种波纹板用作冷凝器，分别进行了定能力测试。热流密度范围从8 kW/m2到18 kW/m2，相应的换热量约为1,000 W到2,000 W。评价冷凝器的指标可以用给定能力下的冷凝温度以及水侧压降来反映，这两个参数直接影响板式换热器用作冷凝器机组的能力及功耗。由于测试工况相同，两种波纹板的冷凝温度和水侧压降随换热能力变化的曲线可以表示成图4的形式，用户可以方便地了解不同换热能力下的冷凝温度及水侧的阻力损失，从而进行针对性的应用选型。
从图4可见，对于本文提到的人字波板和点波板，用作冷凝器时，在同样的能力下，该点波板比人字波板的冷凝温度约低0.3 ℃~0.4 ℃；即在同样冷凝温度下，该点波板的换热量比人字波板约高10%以上。同时，值得注意的是在同样的条件下，该点波板的压降比人字波板的压降低25%以上。
该人字波板和点波纹板都还有一定的优化空间。但总体而言，点波纹板特殊的流道设计，中心对称流道使得流体在流动过程中最大流速和最小流速比远低于人字波板，在同样的流量下平均流速较高。另外，笔者认为对于每个换热单元中心流体高速碰撞有利于流体的边界层分离。另外相对于人字波，点波板片两侧流体速度场和温度场几乎同步，根据场协同理论，这种结构及流动形式也有助于增强换热性能。这部分工作将在后续研究过程中做重点分析。