， ， ， ， ， ， (1.甘肃蓝科石化高新装备股份有限公司， 甘肃 兰州 70070；2.上蓝滨石化设备有限责任公司， 上 201518；.中国石油 乌鲁木齐石化分公司， 新疆 乌鲁木齐 80019)

技术综述

板翅式热交换器研究进展

杨磊杰1，2，林海萍1，2，黄卫东3，刘一凡1，2，常春梅1，2，唐海1，2，郝开开1，2
(1.甘肃蓝科石化高新装备股份有限公司， 甘肃 兰州 730070；2.上海蓝滨石化设备有限责任公司， 上海 201518；3.中国石油 乌鲁木齐石化分公司， 新疆 乌鲁木齐 830019)

板翅式热交换器具有结构紧凑、高效的特点，近年来应用领域得到不断地扩展。综述了单相流和两相流板翅式热交换器入口封头、分布器以及流道的物流分配，翅片的传热和流动特性及表面特性，新型翅片、多股流板翅式热交换器的多目标优化设计，铝合金钎焊用钎料等方面的发展和研究进展情况。指出将CFD数值模拟、实验研究、理论分析3种方法有机结合是研究板翅式热交换器的有效手段，板翅式热交换器应用领域拓展，物流分配，新型翅片开发，钎焊技术，新材料、新工艺的应用，多相流、多股流板翅式热交换器的优化设计以及工艺计算软件的开发等将是今后的研究发展方向。

板翅式热交换器； 物流分配； 翅片； 优化设计； 研究进展

板翅式热交换器是一种结构紧凑、轻巧的高效热交换器，比其他形式热交换器的扩展换热表面性能都好。板翅式热交换器的单相流股传热温差低至1 ℃，多相流股传热温差可至3 ℃，单位体积的换热面积超过1 500 m2/m3，比常规列管热交换器高出一个数量级。

板翅式热交换器通常由翅片、隔板、封条和导流片组成，在相邻两隔板间放置翅片、导流片以及封条组成热交换器通道，通过钎焊组成板束，经叠摞组装为热交换器的芯体，配备封头、接管、支撑等构成板翅式热交换器。其流道小而多，相同承压需求下所需的壁面材料厚度小。板翅式热交换器已经被广泛用于石油化工、原子能以及航空航天等领域，近年来在制冷、余热回收、节能等领域的更多工况也得到了应用，例如再生制冷器[1]、空气制冷机系统[2-4]、节能型冷冻除湿机[5]、LNG的冷能回收[6]、大功率LED路灯散热器[7]、液力减速器散热器[8]、重型柴油机能量回收[9]等。随着板翅式热交换器应用范围的不断扩大，国内外在板翅式热交换器设计理论、实验研究等方面得到了发展促进，文中对相关内容进行简单介绍。

1 板翅式热交换器流体分配特性研究

板翅式热交换器具有较多的并行分隔通道，物流分配的不均匀性是导致板翅式热交换器性能下降的主要因素。

1.1 封头和导流片

1.1.1单相流流体

对于封头和导流片，可以通过实验和计算流体动力学(CFD)方法对其进行模拟优化设计并相互验证，应用CFD模拟设计可以大幅减少实验支出，已经成为当前的主要研究方法。王斯民等设计了3种改进型的S弯封头结构并进行了实验研究，结果表明，3种改进型封头物流分配的均匀性较原始封头都有很大程度的提高，绝对不均匀度和相对不均匀度的降幅均超过80.0%，极值比降幅均超过40.0%[10]。沈素萍等从封头曲线对流体的引导作用出发，对热交换器入口段流场的均匀性进行优化，设计了上抛物线型和正切型2种改进型封头[11]。田津津等在传统空分装置的瓜皮式封头内部添加分流孔板，并通过实验研究了板翅式热交换器封头高度与流体分配之间的关系，结果表明，板翅式热交换器的封头高度越高，流体分配就越均匀[12]。张哲等通过实验进一步研究了新型孔板封头的孔板长度、开孔分布规律和小孔直径等参数对板翅式热交换器流体分配及换热的影响，小孔的不均匀分布效果优于均匀分布，错排分布效果优于顺排分布效果[13]。王少华等首次提出了一种用于板翅式热交换器物流均匀分配的导流翼装置，当导流角度相同时，随着翼片距离的增大，出口流量的不均匀性总是呈现先减小后增大的趋势，当导流翼角为70°、翼片顶端安装距离为6 mm时，板翅式热交换器封头内部物流分配效果最佳[14]。

对于单相流体，以入口管轴线为对称轴，流体高速区集中在截面中央，流速从中间向两端递减，速度在横向和纵向上的分布只有一个峰值，速度分化现象明显，并且不均匀性随着入口平均雷诺数的增加而增加。板翅式热交换器横向流体分配的不均匀性大于纵向流体分配的不均匀性，影响横向流体分配的主要因素是导流片的导流性能，而影响纵向流体分配不均匀性的主要因素包含了封头和导流片性能的综合影响。对单相流板翅式热交换器，改进封头外形结构可有效减少流体的分离和漩涡现象，延长水力路径，使流体能更充分地向封头两侧分配，减轻分配不均匀。在封头内添加挡板，可使流体冲击挡板后形成漩涡流体而被分配到封头边缘地带。在封头内部添加导流片，对流体进行横向再分配，压力损失相对较小，可有效改善偏离入口管的周边通道流体分配量少的缺点。

1.1.2两相流流体

两相流流体在热交换器出口截面上的分配特性主要体现在液相流体的横向不均匀分配方面。传统的工业用封头内两相分布极不均匀，比单相流体分布更加复杂，是热交换器效率低下、传热恶化的重要原因之一。

张哲等对两相流流体在板翅式热交换器内的分配特性进行了实验研究，结果表明，液相与气相流体不均匀度在实验工况下分别达到0.951和0.13[15]。WANG S M等提出了一种改进型的带有打孔挡板的封头，可以有效改善两相分布的均匀性和干度分布，气相不均匀度、液相不均匀度和干度不均匀度分别降低了44.0%、35.0%和30.0%[16]。王武昌等提出了一种加装打孔挡板的封头，研究了挡板厚度、挡板通孔的布置以及孔径大小对挡板整流作用的影响[17]。陈高飞等在封头的腔体内利用重力对进入板翅式热交换器的两相流进行气液分离，气相介质通过上部腔体引出进入芯体，液相介质从封头下部腔体进入热交换器，实现了两相流的均配，提高了换热效率[18]。

李焱等对先混合、后分配和先分配、后混合两种入口分配方式的分配性能进行评估后发现，液相的不均匀程度高于混合相的不均匀程度，流量越大，液相比例越大，气液分配的不均匀度越大。相同流量条件下，先分配、后混合的入口方式能够更有效地提高板翅式热交换器的流体流动分配均匀性，有效抵抗倾斜条件带来的影响[19，20]。在适合的流量工况条件下，先分配、后混合结构的气液分配不均匀度相比传统封头结构降低了一个数量级[21]。Yuan P等针对气液两相混合物的分配，提出了一种气液两相分别进入分布器的分配器结构，并且采用CFX软件对分配器的分布特性进行了研究。研究结果表明，这种分配器结构可以有效改善两相流体的分布[22]。Zhang Z等对30°、45°、60°、75°这4种角度的分配器结构进行了研究，证明45°分配器具有最好的性能。同时设计了一种具有补液腔的改进型分配器，发现当补液腔高度与总分配器高度之比为0.2时，流体分布和传热均匀性最好，温度的不均匀性由1.078降至0.712，雷诺数对于流动分布的不均匀性具有显著影响[23]。陈杰等设计的板翅式热交换器气液两相均布装置采用液相从封条两侧进入流道、气相从中间进入流道的方式，有效避免了局部汽化导致的传热恶化现象和出口流道内出现的局部蒸干现象，有利于降低封条出口附近与翅片钎焊处的局部热应力集中[24]。

受两相流流体密度差和气液两相的交互作用，入口干度、气相雷诺数等对两相流的不均匀度影响很大，通过在封头内设置两相流均配挡板、气液分配器等对两相流流体进行二次分配，或者采用气液两相分别进入热交换器的方式，可以有效地减少气液两相流体的交互作用，从而提高气液两相的均布性。

1.2 热交换器外形尺寸及流道结构

WANG W P等研究发现，分配通道的长和宽对于板翅式热交换器结构内流体分布具有主要影响，当板翅式热交换器的长度增加或者宽度降低时，流体分布更均匀，但是流体的压降会升高，呈动态平衡现象[25]。刘金平等针对板翅式热交换器中混合工质相变换热具有大温度滑移的特点，提出了一种可变流通面积的逆流板翅式热交换器及控制方法，使得板翅式热交换器更能适应流体速度变化，改善换热和流动情况，可实现向下降膜沸腾和向上冷凝，增强换热、减小压降。板翅式热交换器中流体的不均匀性会影响热交换器的性能，其中质量流速的不均匀性会导致通过流道的压降增加，是影响其性能的主要因素[26]。RAMAKANTH M等使用人工神经网络计算方法对热交换器的尺寸进行预测和优化，研究表明，单个通道的直径最小时，流体的不均匀性最小，增加流道的直径，质量流速的不均匀性增加。通过对不同直径流道的质量流速进行预测，可以使热交换器的流体的不均匀性最小化[27]。WANG W P等采用多孔介质模型研究了流体动态黏度和打孔翅片流道的流体分布和压降，表明通过增加流体的动态黏度和使用打孔翅片可以改善流体的分布，但是压降会升高[28]。ALIABADIA M K等对7种常用的板翅式通道结构进行了实验研究和性能评估，发现带有扰流器的通道结构在适当降低换热面积的同时可以显著提高传热性能，在低雷诺数条件下，波纹型翅片的通道性能最优[29]。刘景成等设计了1种新型板翅式热交换器流道结构，通过改变板翅式热交换器流道内流体的流动方向来延长热交换器中流体的流动距离，与传统流道相比，改进后的流道增大了流体的湍流性能，强化了板翅式热交换器的换热效果[30]。

板翅式热交换器内的流体分配不均使得热交换器的效率降低、压降增大，可以通过对封头、导流片、分配器、热交换器外形尺寸以及流道结构进行研究改进，使流体在热交换器内部的分配更加均匀，从而提高热交换器的效率。在改善板翅式热交换器内部分配性的同时减少阻力损失，控制压降应当是研究的重点。

2 板翅式热交换器翅片研究

翅片是板翅式热交换器最基本的传热元件。传热过程主要依靠翅片完成，少部分传热直接由隔板完成，翅片与隔板通过钎焊结合，大部分热量先经过翅片、再通过隔板传到冷流体。翅片传热不像隔板直接传热，故有二次表面之称。当前应用的板翅式热交换器翅片主要有平直翅片、多孔翅片、锯齿翅片以及波纹翅片。国内外对于翅片的流动传热特性以及表面特性等进行了系列研究，并且开发出了一些新型翅片。

2.1 翅片流动传热特性

文键等采用CFD数值模拟方法，研究了翅片结构参数和入口雷诺数对板翅式热交换器平直翅片表面传热与流动阻力特性的影响，发现流体在翅片通道内的温度分布呈一定梯度，靠近一次表面的流体温度梯度较大，而靠近二次表面的流体温度梯度较小[31]。BUYRUK E等通过共轭传热方法对翅片节距为10 mm、与水平方向呈30°和90°夹角的矩形翅片进行研究，结果表明，在相同翅高下，翅片夹角为30°、间距为20 mm的热交换器换热效率最高[32]。Yang Y等针对锯齿翅片提出了一个新的参数——相对熵产分布因子ψ*，采用该参数对翅片表面性能进行评价。在较小的传热温差下，锯齿翅片性能更好，翅厚、翅高、翅片密度对锯齿翅片的传热影响较大[33]。杨辉著等提出了利用Kriging响应面来近似目标函数与设计变量之间的关系，应用遗传算法对锯齿翅片结构参数进行优化[34]。徐晓冉等对板翅式热交换器双流道进行实验和数值模拟发现，当冷侧的入口速度和温度一定时，热侧的传热系数和压降随着热侧入口速度的增加而增大。板间距一定时，并非翅片高度越高传热性能越好，翅片间距越小，传热性能越好[35]。

2.2 翅片表面特性

翅片的传热和流动阻力性能主要取决于翅片的表面性能。文建等对平直翅片的表面性能进行研究发现，随着翅片高度和翅片间距的增加，平直翅片的表面传热因子j和摩擦因子f增大；随着雷诺数的增加，j的差值越小而f的差值则逐渐增大，增加翅片厚度可在一定程度上提高其换热性能[36]。魏进家等对层流状态下的板翅式热交换器进行研究发现，随着雷诺数的增大，j和f逐渐减小，热交换器单侧的传热表面功率因子α*逐渐变大[37]。ZHANG L J等通过对空气-油板翅式热交换器进行性能测试发现，当翅片厚度和翅片节距增加时，传热系数HTC和压降都升高，j/f降低，板翅主体的最高温度提高，最大切应力明显降低，最高温度和最大切应力出现在前后翅片的节点处或者钎焊焊缝处[38]。厉彦忠等提供了一种面向板翅式热交换器设计的翅片流动和换热性能预测方法，并通过相关实验数据进行检验，可以实现对锯齿翅片表面传热因子和摩擦因子的准确预测，与传统的Manglik设计方法相比准确性更高[39]。YANG Y等采用CFD模拟方法对锯齿翅片进行研究，获得了大量的数据，通过进一步分析得到了一组新的关联式，可对锯齿翅片的传热因子和摩擦因子进行常规预测，该关联式具有很高的准确性，可用于指导板翅式热交换器的设计[40]。

2.3 新型翅片

刘伟等发明了一种将多孔翅片和锯齿翅片结合的锯齿形翅片，可取代现有的多孔形翅片，促进流体扰动，起到了强化传热的作用[41]。师艳平等发明了一种用于非共沸多组分混合物冷凝过程的梯形翅片，通过在梯形的2个腰上冲压加工形成突刺，从而对粘性底层液膜的稳定性造成破坏，强化换热[42]。管介善等通过在翅片表面涂覆亲水膜，避免了在湿工况下水桥导致的风阻和能耗加大[43]。碳化硅陶瓷板翅式高温热交换器具有极强的耐高温和腐蚀性能，NAGARAJAN V等对矩形翅片、三角形翅片、倒螺栓翅片、粗齿锯形翅片这4种翅片进行研究发现，锯齿形翅片的应力较小，安全系数较高，压降和摩擦因子更低，传热效率适当[44]。文键等对不锈钢锯齿翅片进行研究发现，焊缝和两排翅片连接处为受力薄弱环节，翅距减小，翅厚增大，翅片内外通道压差减小时，翅片的承压能力增强，安全性能提高，翅高、翅片节距、翅片加工尺寸对翅片的安全性能影响较小[36]。

板翅式热交换器的翅片是利用几何结构的不连续性破坏气流边界层的发展和加强流体扰动进行强化换热的，可以通过翅片结构改变以及表面改性来强化传热。翅片在增加传热面积的同时强化传热，并且提供较高的传热系数，但同时增加了流动摩擦和压降。

国内外针对板翅式热交换器翅片流动和传热的研究方法有理论分析、实验研究和数值模拟，采用这些方法对翅片几何结构进行研究改性，选择最合适的结构参数，以达到热交换器流动和传热效果的最大化。

3 板翅式热交换器换热优化设计

与传统的两股流热交换器相比，多股流热交换器具有传热效率高、结构紧凑以及散热跑冷损失小等优点，已在空分、低温和化工等领域得到了广泛的应用，获得了良好的经济效益。对于板翅式热交换器，尤其是多股流板翅式热交换器，各股流体入口参数与通道排列方式的不同、不同边界条件下翅片效率的不同，均导致板翅式热交换器的优化设计更加复杂。

3.1 直接优化方法

李俊等对同一通道单元格内流体流动的横向传热进行了分析，证明了忽略流动横向传热的可行性，提高了计算效率，同时通过实验数据对数值计算方法进行了验证[45]。朱晓磊等考虑了多股流热交换器流体在通道出口非等温混合产生的耗散，发现火积散热阻越小，换热量越大[46]。TAHOUNI N等针对一些含有大量气体或者两相的流股，依据夹点技术，提出了一种考虑多种物性的多股流板翅式热交换器的设计方法，使得计算结果更加真实可靠[47]。GOYAL M等提出了一种针对深冷领域多股流板翅式热交换器的有限体积法模型，考虑了横向的热传导/重叠模式以及一些次要参数的影响，排除了使用翅片效率的影响，可以用于氦液化和制冷系统的板翅式热交换器的计算校核[48]。Babaelahi M等将热熵产和压力熵产作为两个目标函数并且同时最小化，可以达到熵产、压降、泵功率、操作费用和总费用降低的目标，能够更好地权衡传热相关熵产和流体摩擦损耗[49]。

3.2 遗传学算法

WangZ等提出了一种基于遗传学算法的双适应函数，可以用于调节局部热平衡和单通道热负荷差异，可以对通道累加热负荷σ曲线图的加权偏差进行评价，得到的实验结果与HTFS MUSE模拟结果一致[50]。Yin H等以单目标和多目标的遗传学优化算法对空调系统板翅式水-水热交换器结构参数进行了优化计算。采用修正后的熵产单位数，推导了相应液体工作介质摩擦产生的单位熵产和传热产生的单位熵产，并将隔板和翅片的对流传热系数定义为独立参数修正表面综合效率计算公式，所得结果更加精确[51]。肖武等以通道的热负荷累积均方差为目标函数，提出基于序列数编码方式的改进遗传算法进行多股流板翅式热交换器通道的优化设计，实现了个体间交叉和变异遗传操作。序列数编码的遗传算法增加了遗传算法种群中个体的多样性，提高了搜索效率，具有更好的全局搜索能力[52]。胡云云等运用变工况下板翅式热交换器的通道排列柔性设计方法，采用遗传算法对多股流板翅式热交换器的通道排列进行优化，极大地提高了设计速度和设计效率，同时实现了板翅式热交换器的柔性优化设计，使得热交换器能够满足全年不同工况的操作要求[53]。

遗传学算法可用于多股流板翅式热交换器流道布置和换热网络的优化设计，这一基本理论还可拓展用于板翅式热交换器的其他相关参数，如压降、翅片结构、火用效率以及经济性的多目标优化设计。

3.3 混合算法

GUO D C等采用两种改进的遗传算法和一种特殊的蒙特卡洛算法对一种阻止泄漏的安全腔体结构进行优化。蒙特卡洛算法排除了优化随机性和流动条件的影响，与直接优化方法、遗传学算法相比，其大多数的计算结果平均效率高很多[54]。PENG X等基于对数平均温差法研究了一种多操作条件下多股流板翅式热交换器换热流道布置设计新方法，构建了相应的传热速率、流道布置和翅片设计参数，并通过混合粒子群算法计算了多种操作条件下通道的布置系数和设计空间。该方法已经被成功应用于80 000 m3空分装置主热交换器的通道布置和板翅结构优化[55]。ZAREA H等根据ε-NTU算法和蜜蜂算法对锯齿形错流板翅式热交换器进行优化设计，使换热效率最大化和熵产数最小化。这种算法与遗传学算法、粒子群算法、帝国主义竞争算法相比得到的优化结构精准度更高，具有很强的自我搜索和结合优化能力，可根据不同的设计目标，如最小面积或消耗进行优化[56]。

3.4 其它算法

PATEL V等采用多目标教学优化算法对板翅式热交换器进行优化设计。该方法提供了多种不同的优化方法供用户选择符合实际应用的最佳设计参数，容易自定义，可以应用于其它包含了诸多变量和目标的热力学系统的优化[57]。HAJABDOLLAHI H等采用多目标粒子群算法对各自通道为相同翅片和不同翅片的板翅式热交换器进行热力学优化[58]。肖鑫等研究了全局及局部搜索能力俱佳的改进Alopex进化算法，并利用该算法对新型船用中冷器进行了优化设计。改进混合算法能够得到比简单遗传算法和简单Alopex算法更优的设计结果，能够为船用中冷器的进一步优化设计提供参考[59]。沈惬等应用商用软件MUSE对中子慢化器低温系统低温氢氦介质之间的板翅式热交换器进行了设计[60]。

当前，ε-NTU算法、遗传学算法是较为常用的板翅式热交换器优化设计方法，MO-ITLBO算法、Alopex算法、蒙特卡洛算法等一些改进的新型优化方法具有提高设计速度、设计效率和计算准确度等优点，对热交换器热力学和经济学的最优化设计效果显著。

国际上当前选用的板翅式热交换器优化商用软件有HTFS MUSE以及HTRI，可对各种工况下的板翅式热交换器进行优化设计。

4 铝合金钎焊用钎料

板翅式热交换器的主要材料为铝合金，关于低熔点铝合金钎焊的最核心的问题是缺乏合适的低温铝钎料。铝合金钎焊主要使用铝基钎料，Al-Si钎料是当前应用最广泛的钎料，此系列钎料熔化温度为570～630 ℃，而铝合金母材的固相线温度在600 ℃左右，钎焊温度与母材固相线温度接近，极易引起母材晶粒长大、溶蚀等问题，严重影响钎焊接头的力学性能。

李小强等研究了Al-Si-Cu-Zn钎料，并对3003铝合金进行钎焊实验，发现当钎焊温度为560 ℃、保温10 min时，接头的室温抗剪切强度达到最大值92.3 MPa，约为母材强度的62.7%[61]。李秀朋等采用热压烧结法制备了Al-12Si白钎剂钎料环，钎料环在3003铝合金上润湿性能良好，接头抗拉强度达到70 MPa[62]。Niu Z等开发出了一种新型的Al-Si-Ge-Zn钎料，熔点为505.2～545.1 ℃，固相线和液相线温差为39.9 ℃，该钎料具有很好的可加工性和润湿性，在焊料和基底金属间生成了一层薄的α-Al固溶物，显著提高了焊接接头的强度[63]。刘晗等研究了Zn、Sr元素对Al-Si-Zn钎料性能的影响，研究结果表明，Zn元素含量降低，可增大钎料的铺展面积51%，6061铝合金钎焊接头的强度达到120.5 MPa；加入Sr元素后，显著提升了钎料的铺展性，但钎料的强度降低[64]。王丽腾研究了Ge、Sn等合金元素等对Al-Si-Cu系和Al-Si-Mg系铝合金钎料熔化温度的影响，开发出了熔点高于515 ℃、适于6061可热处理铝合金的中温高强度耐腐蚀钎料[65]。YANG J L等研究发现，将Ce、Ti元素加入Al-42Zn-6.5Si钎料可以改善6061铝合金的焊接接头性质，在硅相的周围生成了新的Ce-Ti相，降低了Ce、Ti元素加入所产生的修正效应，同时焊材钎料的拉伸强度达到了140 MPa[66]。王丽腾等研究了添加Ni元素对Al-10Si-15Cu合金钎料耐腐蚀性能的影响，发现加入4%(质量分数)Ni后，钎料合金的耐腐蚀性提高[67]。孙玉萍等通过实验发现，虽然Cu、Ge元素可以降低钎料合金的熔化温度，增加钎料的脆性，导致钎料合金的加工性能变差，但是可以提高焊料的耐蚀性和钎料的润湿铺展性；Si、Ni以及Re元素对钎料合金的熔化温度影响较小，Si元素使得合金在真空钎焊条件下具有优良的润湿铺展性，Ni元素改善了钎料的加工性能，钎料的耐腐蚀性能最佳，Re元素可显著细化合金组织，提高钎焊接头的强度[68]。

根据母材的特点和工艺要求添加合适的元素对钎料进行改性，可以降低钎料的熔化温度，改善钎料显微组织，提高焊接接头性能[69]。开发出焊接接头强度高，加工性能、抗腐蚀性、流动性和润湿性好，以及可避免母材过度溶现象的钎料是铝合金钎料研究的方向。

5 结语

随着CFD技术在板翅式热交换器设计开发中的应用越来越广泛，将CFD模拟、理论分析和实验研究有机地结合在一起是当前研究板翅式热交换器流动、传热等性能的有效的研究方法。

通过对板翅式热交换器封头、导流片、分配器、热交换器外形尺寸以及流道结构进行研究和改进，可以有效改善板翅式热交换器内部流场和温度分配的不均匀性。选用适宜的优化设计方法、合理的设计参数、相对准确的物性参数、合理的通道排列布置以及翅片参数等对实现多股流板翅式热交换器热力学以及经济性优化设计具有重要意义，开发出具有优异焊接接头性能的中低温钎料是铝合金钎焊的研究方向。

随着板翅式热交换器研究的不断深入，新型功能性翅片、伴有相变和两相流的流动与传热、符合工程实际应用的理论体系和设计方法、铝合金的低温钎焊、其他新材料与新工艺在板翅式热交换器的应用、多股流板翅式热交换器的多目标优化以及相应计算软件的开发应用等都是今后板翅式热交换器研究的重点。

[1] Chang H M，Gwak K H.New Application of Plate-fin Heat Exchanger with Regenerative Cryocoolers [J].Cryogenics，2015(70)：1-8.

[2] 蔡君伟，孙皖，李斌，等.-150 ℃逆布雷顿空气制冷机动态温降特性研究[J].西安交通大学学报，2013，47(3)：61-63.

(CAI Jun-wei，SUN Wan，LI Bin，et al.Study on the Dynamic Cooling Performance of a -150 ℃ Reverse Brayton Cycle Air Cryocooler[J].Journal of Xi’an Jiaotong University，2013，47(3)：61-63.)

[3] 赵祥雄，孙皖，刘炅辉，等.逆布雷顿空气制冷机动态降温特性数值研究[J].低温工程，2013(2)：47-51.

(ZHAO Xiang-xiong，SUN Wan，LIU Jiong-hui，et al.Numerical Study on Dynamic Cooling Performance of Reverse Brayton Cycle Air Cryocooler[J].Cryogenics，2013(2)：47-51.)

[4] 耿世彬，袁丽，范良凯，等.节能型冷冻除湿机性能测试与分析[J].暖通空调，2013，43(S1)：161-165.

(GENG Shi-bin，YUAN Li，FAN Liang-kai，et al.Performance Test and Analysis of Energy Saving Refrigeration[J].Heating Ventilating & Air Conditioning，2013，43(S1)：161-165.)

[5] 朱鸿梅，孙恒，刘丰，等.回收LNG冷能的新型碳二烃两级膨胀朗肯循环[J].低温技术，2013，49(9)：11-14.

(ZHU Hong-mei，SUN Heng，LIU Feng，et al.A Novel Two-stage Expansion C2 Rankine Cycle with LNG Cold Recovery[J].Cryogenics and Super Conductivity，2013，49(9)：11-14.)

[6] 李广甫，郭宪民，张中芳，等.低温空气制冷系统中板翅换热器性能实验研究[J].制冷技术，2013，46(6)：73-74.

(LI Guang-fu，GUO Xian-min，ZHANG Zhong-fang，et al.Experimental Study on the Performance of Plate-fin Heat Exchanger in the Air Cycle Refrigeration System[J].Refrigeration，2013，46(6)：73-74.)

[7] 王孝红，吴珂，黄志义.大功率LED路灯方向敏感性研究[J].科学技术与工程，2013，13(32)：9677-9682.

(WANG Xiao-hong，WU Ke，HUANG Zhi-yi.Study on Orientation Effect of High-power Street Lamp[J].Science Technology and Engineering，2013，13(32)：9677-9682.)

[8] 袁哲，马文星，李华龙，等.重型车液力减速器的换热器匹配与仿真分析[J].吉林大学学报(工学版)，2013，43(S1)：527-529.

(YUAN Zhe，MA Wen-xing，LI Hua-long，et al.Match of Heat Exchanger and Simulation Analysis Based on Hydrodynamic Retarder of Heavy Vehicle[J].Journal of Jilin University(Engineering and Technology Edition)，2013，43(S1)：527-529.)

[9] Feru E，Jager B，Willems F，et al.Two-phase Plate-fin Heat Exchanger Modeling for Waste Heat Recovery Systems in Diesel Engines[J].Applied Energy，2014(133)：183-196.

[10] 王斯民，许世峰，王萌萌，等.板翅式换热器S弯改进型封头的性能研究[J].中国科技论文，2014，9(9)：974-984.

(WANG Si-min，XU Shi-feng，WANG Meng-meng，et al.Performance Study on the Improved S-bent Header in Plate-fin Heat Exchanger[J].China Science Paper，2014，9(9)：974-984.)

[11] 沈素萍，蒲亮，厉彦忠.封头形状对板翅式换热器入口段流场影响的数值研究[J].低温工程，2013(3)：27-34.

(SHEN Su-ping，PU Liang，LI Yan-zhong.Numerical Study on Effect of Header’s Curve of Plate-fin Heat Exchanger on Uniformity of Entrance Flow Field[J].Cryogenics，2013(3)：27-34.)

[12] 田津津，张哲，厉彦忠，等.封头结构对板翅式换热器流体分配性能的影响[J].低温工程，2013(4)：20-22.

(TIAN Jin-jin，ZHANG Zhe，LI Yan-zhong，et al.Effect of Header Configuration on Flow Distribution Performance in Plate-fin Heat Exchangers[J].Cryogenics，2013(4)：20-22.)

[13] 张哲，田津津，郭永刚，等.板翅式换热器封头对其流体分配及换热的影响[J].化学工程，2013，41(9)：41-44.

(ZHANG Zhe，TIAN Jin-jin，GUO Yong-gang，et al.Effects of Header Configurations on Flow Distribution and Heat Transfer in Plate-fin Heat Exchangers[J].Chemical Engineering(China)，2013，41(9)：41-44.)

[14] 王少华，文键，李亚梅，等.带有导流翼的板翅式换热器封头结构优化研究[J].化学工程，2013，41(7)：25-28.

(WANG Shao-hua，WEN Jian，LI Ya-mei，et al.Configuration Optimization of Wing Panel Header in Plate Fin Heat Exchanger[J].Chemical Engineering(China)，2013，41(7)：25-28.)

[15] 张哲，田津津，厉彦忠，等.板翅式换热器两相流流体分配特性的实验研究[J].低温工程，2013(6)：23-25.

(ZHANG Zhe，Tian Jin-jin，LI Yan-zhong，et al.Experimental Research on Two-phase Flow Distribution in Plate-fin Heat Exchangers[J].Cryogenics，2013(6)：23-25.)

[16] WANG S M，LI Y Z，WEN J，et al.Experimental Investigation of Header Configuration on Two-phase Flow Distribution in Plate-fin Heat Exchanger[J].International Communications in Heat and Mass Transfer，2010(37)：116-120.

[17] 王武昌，李玉星，季鹏，等.一种板翅式换热器的封头挡板：中国，CN103017591A[P].2013-04-03.

(WANG Wu-chang，LI Yu-xing，JI Peng，et al.A Head Baffle of Plate Fin Heat Exchanger：China，CN103017591A[P].2013-04-03.)

[18] 陈高飞，公茂琼，吴剑锋.板翅式换热器：中国，CN104990433A[P].2015-10-21.

(CHEN Gao-fei，GONG Mao-qiong，WU Jian-feng.Plate Fin Heat Exchanger：China，CN104990433A[P].2015-10-21.)

[19] 李焱，李玉星，胡其会，等.板翅式换热器不同气液入口分配方式的分配性能对比分析[J].中国石油大学学报(自然科学版)，2014，38(2)：136-141.

(LI Yan，LI Yu-xing，HU Qi-hui，et al.Analysis and Comparison of Distribution Performance of Two Entrance Forms Used in Plate-fin Heat Exchangers[J].Journal of China University of Petroleum，2014，38(2)：136-141.)

[20] 李焱，李玉星，胡其会，等.板翅式换热器不同人口方式的气液分配抗倾斜性能对比[J].科学技术与工程，2015，15(5)：101-107.

(LI Yan，LI Yu-xing，HU Qi-hui，et al. Comparison of Tilt Resistances and Distribution in Entrances of Plate-fin Heat Exchangers under Tilt Angles[J].Science Technology and Engineering，2015，15(5)：101-107.)

[21] 李焱，李玉星，胡其会，等.一种新型板翅式换热器气液分配器分配特性的敏感性分析[J].化工学报，2013，64(6)：2008-2014.

(LI Yan，LI Yu-xing，HU Qi-hui，et al. Sensitivity Analysis for Performance of a New Gas-liquid Distributor Used in Plate Fin Heat Exchangers[J].CIESC Journal，2013，64(6)：2008-2014.)

[22] Yuan P，Jiang G B，He Y L，et al. Performance Simulation of a Two-phase Flow Distributor for Plate-fin Heat Exchanger[J].Applied Thermal Engineering，2016，99：1236-1245.

[23] ZHANG Z，MEHENDALE S，TIAN J J，et al. Experimental Investigation of Distributor Configuration on Flow Maldistribution in Plate-fin Heat Exchangers[J].Applied Thermal Engineering，2015(85)：111-123.

[24] 陈杰，单彤文，周丹，等，气液两相均布装置：中国，CN104180703A[P].2014-12-03.

(CHEN Jie，SHAN Tong-wen，ZHOU Dan，et al. Gas-liquid Two Phase Uniform Device：China，CN104180703A[P].2014-12-03.)

[25] WANG W P，ZHANG S W，YANG J，et al. Effects of Distribution Channel Dimensions on Flow Distribution and Pressure Drop in a Plate-fin Heat Exchanger [J].Chem. Eng. Technol.，2013，36(4)：657-664.

[26] 刘金平，李日新，陈肖依.一种可变通流面积的逆流板翅式换热器及其控制方法：中国，CN105157455A[P].2015-12-16.

(LIU Jin-ping，LI Ri-xin，CHEN Xiao-yi.A Kind of Countercurrent Plate-fin Heat Exchanger with Flexible Flow Area and Its Control Method：China，CN105157455A[P].2015-12-16.)

[27] RAMAKANTH M，BALACHANDAR C，VENKATESAN M. Prediction of Channel Diameter to Reduce Flow Maldistribution in Radiators Using ANN[J].Indian Journal of Science and Technology，2015，8(S9)：341-346.

[28] WANG W P，GUO J X，ZHANG S W，et al. Numerical Study on Hydrodynamic Characteristics of Plate-fin Heat Exchanger Using Porous Media Approach[J].Computers and Chemical Engineering，2014，61(4)：30-37.

[29] ALIABADIA M K，HORMOZIA F，ZAMZAMIAN A，et al. Role of Channel Shape on Performance of Plate-fin Heat Exchangers：Experimental Assessment[J].International Journal of Thermal Sciences，2014，79(5)：183-193.

[30] 刘景成，张树有，周智勇.板翅换热器流道结构改进与流体流动性能分析[J].机械工程学报，2014，50(18)：168-176.

(LIU Jing-cheng，ZHANG Shu-you，ZHOU Zhi-yong. Analysis of Channel Structure Improvement and Its Influence on Fluid Flow in Plate-fin Heat Exchanger[J].Journal of Mechanical Engineering，2014，50(18)：168-176.)

[31] 文键，李亚梅，王斯民，等.板翅式换热器平直翅片表面流动及传热特性[J].化学工程，2012，40(10)：26-39.

(WEN Jian，LI Ya-mei，WANG Si-min，et al. Fluid Flow and Heat Transfer Characteristics in Plain Fins of Plate-fin Heat Exchanger[J].Chemical Engineering(China)，2012，40(10)：26-39.)

[32] BUYRUK E，KARABULUT K，KARABULUT O O. Three-dimensional Numerical Investigation of Heat Transfer for Plate Fin Heat Exchangers[J].Heat Mass Transfer，2013(49)：817-826.

[33] Yang Y，Li Y Z，Biao S，et al. Performance Evaluation of Heat Transfer Enhancement for Offset Strip Fins Used in Plate-fin Heat Exchangers[J].Journal of Heat Transfer，2015(137)：1-10.

[34] 杨辉著，文键，童欣，等.板翅式换热器锯齿型翅片参数的遗传算法优化研究[J].西安交通大学学报，2015，49(12)：91-96.

(YANG Hui-zhu，WEN Jian，TONG Xin，et al. Optimization Design for Offset Fin in Plate Heat Exchanger with Genetic Algorithm[J]. Journal of Xi’an Jiaotong University，2015，49(12)：91-96.)

[35] 徐晓冉，张锁龙，王存明.翅片板式传热器双流道传热与流动数值模拟[J].化工进展，2013，32(8)：1756-1770.

(XU Xiao-ran，ZHANG Suo-long，WANG Cun-ming. Numerical Simulation for Heat Transfer and Flow of the Double Channel of Fin Plate Heat Exchanger[J].Chemical Industry and Engineering Progress，2013，32(8)：1756-1770.)

[36] 文键，李亚梅，王少华，等.板翅式换热器板翅结构强度影响因素分析[J].低温工程，2013(2)：53-59.

(WEN Jian，LI Ya-mei，WANG Shao-hua，et al. Influencing Factors Analysis in Structural Strength of Plate-fin Heat Exchanger[J].Cryogenics，2013(2)：53-59.)

[37] 魏进家，刘海燕，龙延.板翅式换热器流动和换热性能研究[J].工程热物理学报，2012，33(10)：1786-1788.

(WEI Jin-jia，LIU Hai-yan，LONG Yan. Study of Flow and Heat Transfer Performance of Plate Fin Heat Exchanger[J].Journal of Engineering Thermophysics，2012，33(10)：1786-1788.)

[38] ZHANG L J，QIAN Z Q，DENG J，et al. Fluid-structure Interaction Numerical Simulation of Thermal Performance and Mechanical Property on Plate-fins Heat Exchanger[J].Heat Mass Transfer，2015(51)：1337-1353.

[39] 厉彦忠，杨宇杰，赵敏，等.面向板翅式换热器设计的翅片流动和换热性能预测方法：中国，CN103150439A[P].2013-06-12.

(LI Yan-zhong，YANG Yu-jie，ZHAO Min，et al. Prediction Method for the Design of Plate-fin Heat Exchanger Fin Flow and Heat Transfer Performance：China，CN103150439A[P].2013-06-12.)

[40] YANG Y，LI Y. General Prediction of the Thermal Hydraulic Performance for Plate-fin Heat Exchanger with Offset Strip Fins[J].International Journal of Heat & Mass Transfer，2014，78(7)：860-870.

[41] 刘伟，李东明，张立超，等.锯齿形多孔板翅式换热器：中国，CN104390506A[P].2015-03-04.

(LIU Wei，LI Dong-ming，ZHANG Li-chao，et al. Zigzag Porous Plate Fin Heat Exchanger：China，CN104390506A[P].2015-03-04.)

[42] 师艳平，张冠敏，冷学礼，等.一种用于非共沸多组分混合物冷凝组分设置突刺的梯形板翅式换热器：中国，CN105180690A[P].2015-12-23.

(SHI Yan-ping，ZHANG Guan-min，LENG Xue-li，et al. One for Non Azeotropic Multicomponent Mixture Condensation Component Set Spikes of Trapezoidal Plate Fin Heat Exchanger：China，CN105180690A[P].2015-12-23.)

[43] 管介善，曹建国，将建.低功耗板翅式换热器：中国，CN104567541A[P].2015-01-04.

(GUAN Jie-shan，CAO Jian-guo，JIANG Jian. Plate-fin Heat Exchanger with Low Consumption：China，CN104567541A[P].2015-01-04.)

[44] NAGARAJAN V，CHEN Y T，WANG Q W，et al. Numerical Analysis of Steady State and Transient Analysis of High Temperature Ceramic Plate-fin Heat Exchanger[J].Nuclear Engineering and Design，2014(277)：76-94.

[45] 李俊，蒋彦龙，周年勇，等.交叉式多股流板翅式换热器数值研究[J].航空动力学报，2016，31(5)：1088-1096.

(LI Jun，JIANG Yan-long，ZHOU Nian-yong，et al. Numerical Study on Cross-type Multi-fin Heat Exchanger[J].Journal of Aerospace Power，2016，31(5)：1088-1096.)

[46] 朱晓磊，张勤，孟继安，等.多股流换热器的爆耗散热阻分析[J].工程热物理学报，2012，33(12)：2141-2142.

(ZHU Xiao-lei，ZHANG Qin，MENG Ji-an，et al. Analysis of Entransy-dissipation-based Thermal Resistance on Multi-stream Heat Exchanger[J].Journal of Engineering Thermophysics，2012，33(12)：2141-2142.)

[47] TAHOUNI N，MIRYAHYAIE S，JODA F，et al. Pressure Drop Optimisation in Design of Multi-stream Plate-fin Heat Exchangers，Considering Variable Physical Properties[J].The Canadian Journal of Chemical Engineering，2013(91)：1651-1659.

[48] GOYAL M，CHAKRAVARTY A，ATREY M D. Two Dimensional Model for Multistream Plate Fin Heat Exchangers[J].Cryogenics，2014(61)：70-78.

[49] Babaelahi M，Sadri S，Sayyaadi H. Multi-objective Optimization of a Cross-flow Plate Heat Exchanger Using Entropy Generation Minimization[J].Chem. Eng. Technol.，2014，37(1)：87-94.

[50] Wang Z，Li Y Z ，Zhao M. Experimental Investigation on the Thermal Performance of Multi-stream Plate-fin Heat Exchanger Based on Genetic Algorithm Layer Pattern Design[J].International Journal of Heat and Mass Transfer，2015(82)：510-520.

[51] Yin H，Ooka R. Shape Optimization of Water-to-water Plate-fin Heat Exchanger Using Computational Fluid Dynamics and Genetic Algorithm[J].Applied Thermal Engineering，2015(80)：310-318.

[52] 肖武，王开锋，阮雪华，等.序列数编码的遗传算法柔性优化多股流板翅式换热器通道排列[J].化工进展，2016，35(5)：1353-1359.

(XIAO Wu，WANG Kai-feng，RUAN Xue-hua，et al. Flexible Optimization of Passage Arrangement for Multi-stream Plate-fin Heat Exchangers Using Genetic Algorithm with Ordinal Number Encoding[J].Chemical Industry and Engineering Progress，2016，35(5)：1353-1359.)

[53] 胡云云，肖武，贺高红.遗传算法优化变工况板翅式换热器的通道排列[J].计算机与应用化学，2012，29(1)：11-14.

(HU Yun-yun，XIAO Wu，HE Gao-hong. Optimum Passage Arrangement for Multi-stream Plate-fin Heat Exchanger in Various Conditions Through Genetic Algorithm[J].Computers and Applied Chemistry，2012，29(1)：11-14.)

[54] GUO D C，LIU M，WANG J. Optimization in Plate-fin Safety Structure of Heat Exchanger Using Genetic and Monte Carlo Algorithm[J].Applied Thermal Engineering，2014(70)：341-349.

[55] PENG X，LIU Z Y，CHAN Q，et al. Passage Arrangement Design for Multi-stream Plate-fin Heat Exchanger under Multiple Operating Conditions[J].International Journal of Heat and Mass Transfer，2014(77)：1055-1062.

[56] ZAREA H，KASHKOOLI M F，MEHRYAN M A，et al. Optimal Design of Plate-fin Heat Exchangers by a Bees Algorithm[J].Applied Thermal Engineering，2014(69)：267-277.

[57] PATEL V，SAVSANIB V. Optimization of a Plate-fin Heat Exchanger Design through an Improved Multi-objective Teaching-learning Based Optimization (MO-ITLBO) Algorithm[J].Chemical Engineering Research and Design，2014(92)：2371-2382.

[58] HAJABDOLLAHI H. Investigating the Effect of Non-similar Fins in Thermoeconomic Optimization of Plate Fin Heat Exchanger[J].Applied Thermal Engineering，2015(82)：152-161.

[59] 肖鑫，屈卫东.基于改进Alopex算法的燃机中冷器优化设计[J].计算机仿真，2013，30(9)：318-321.

(XIAO Xin，QU Wei-dong. Improved Alopex Algorithm on the Optimization Design of Gas Turbine Intercooler[J].Computer Simulation，2013，30(9)：318-321.)

[60] 沈惬，王国平，张琦，等，散裂中子源超临界低温氢循环用氢氦换热器设计[J].低温工程，2014(4)：12-15.

(SHEN Qie，WANG Guo-ping，ZHANG Qi，et al.H2-He Heat Exchanger Design in Chinese Spallation Neutron Source Supercritical Cryogenic Hydrogen Circulation System[J].Cryogenics，2014(4)：12-15.)

[61] 李小强，肖晴，李力，等.Al-Si-Cu-Zn钎料钎焊3003铝合金的接头组织及力学性能[J].材料与工艺，2016，44(9)：32-37.

(LI Xiao-qiang，XIAO Qing，LI Li，et al. Microstructure and Mechanical Property of 3003 Aluminum Alloy Joint Brazed with Al-Si-Cu-Zn Filler Metal[J].Journal of Materials Engineering，2016，44(9)：32-37.)

[62] 李秀朋，朱坤，于新泉，等.Al-12Si自钎剂钎料环的制备及3003铝合金的钎焊[J].焊接，2014(1)：54-56.

(LI Xiu-peng，ZHU Kun，YU XIN-quan，et al. The Preparation of Al-12Si Solder Ring and the Brazing of 3003 Aluminum Alloy[J].Welding & Joining，2014(1)：54-56.)

[63] Niu Z，Huang J，Yang H，et al. Preparation and Properties of a Novel Al-Si-Ge-Zn Filler Metal for Brazing Aluminum[J].Journal of Materials Engineering and Performance，2015，24(6)：2327-2334.

[64] 刘晗，薛松柏，戴玮.Sr元素对Al-Si-Zn-xSr钎料组织和性能的影响[J].焊接学报，2014，35(12)：94-96.

(LIU Han，XUE Song-bai，DAI Wei. Effect of Element Sr Addition on the Microstructure and Mechanical Properties of Al-Si-Zn-xSr Solder[J].Transactions of the China Welding Institution，2014，35(12)：94-96.)

[65] 王丽腾.中温高强度铝合金钎料的制备与性能研究[D].杭州：浙江大学，2014.

(WANG Li-teng. Development of Middle Melting-point Filler Metals for Strength Aluminum Alloy Brazed Joints and Its Properties Research[D].Hangzhou：Zhejiang University，2014.)

[66] YANG J L，XUE S B，DAI W，et al. Saturation Phenomenon of Ce and Ti in the Modification of Al-Zn-Si Filler Metal[J].International Journal of Minerals，Metallurgy，and Materials，2015，22(2)：184-189.

[67] 王丽腾，罗伟，宫海龙，等.添加Ni元素对新型高强度低Cu中温铝合金钎料腐蚀性能的影响[J].材料科学与工程学报，2014，32(4)：516-521.

(WANG Li-teng，LUO Wei，GONG Hai-long，et al. Influence of Ni Addition on Corrosion Performance of Medium-temperature Filler Metal with Low Cu Content for Al Brazed Joints[J].Journal of Materials Science and Engineering，2014，32(4)：516-521.)

[68] 孙玉萍.Ge、Ni等元素对Al-Si-Cu钎料性能的影响[D].合肥：合肥工业大学，2014.

(SUN Yu-ping. Effect of Ge，Ni Elements on the Properties of Al-Si-Cu Filler Metal[D].Hefei：Hefei University of Technology，2014.)

[69] 黄鹏. 低熔点高强度铝合金钎料制备与性能研究[D].杭州：浙江大学，2013.

(HUANG Peng. Dovelopment of Low Melting Point and High Strength Alloy Filler Metal and Its Properties Research[D].Hangzhou：Zhejiang University，2013.)

ResearchProgressofPlate-finHeatExchanger

YANGLei-jie1，2，LINHai-ping1，2，HUANGWei-dong3，LIUYi-fan1，2，CHANGChun-mei1，2，TANGHai1，2，HAOKai-kai1，2
(1.Lanpec Technologies Limited， Lanzhou 730070， China；2.Shanghai Lanbin Petrochemical Equipment Co.Ltd.， Shanghai 201518， China; 3.Urumqi Company, CNPC, Urumqi 830019, China)

The application field of plate-fin heat exchanger keeps expanding in recent years due to its high efficiency and structure compact. Research on and development in aspects of stream distribution of inlet head,distributors and flow passages in monophase flow and two-phase flow plate-fin heat exchanger, heat transfer performance, flow feature and surface feature of fin, multi-target optimization design methods of new type fin and multi-stream plate-fin heat exchanger, and the filler metal used in aluminum alloy brazing and etc are reviewed. The organic combination of CFD numerical simulation, experiment research and theoretical analysis is proposed as the efficient study method of plate-fin heat exchanger, and expansion of application area, flow distribution, new lypes of fin exploitation, brazing technology, application of new material and new technology, multi-objective optimization of plate fin heat exchanger with multi-phase and multi-stream, and the development of relevant software for technological design etc. are pointed out as future researchdirections.

plate-fin heat exchanger； flow distribution； fin； optimization design； research progress

1000-7466(2017)06-0049-10

2017-05-28

杨磊杰(1990-)，男，陕西铜川人，助理工程师，硕士，目前主要从事传热设备的研究与开发以及换热网络优化设计工作。

TQ051.1； TE965

A

10.3969/j.issn.1000-7466.2017.06.010

(张编)