余建平 田有文 宋 伟 朱 钰 沈文朋

（1.兰州理工大学石油化工学院；2.天华化工机械及自动化研究设计院有限公司）

在“碳达峰、碳中和”的背景下，板式换热器以其结构紧凑、对数平均温差大、压降低、换热效率高等优点，在分布式能源、可再生能源、空调及供暖等领域得到了高度关注［1，2］。通过改变板片形状、增大换热面积、强化流体扰动可以实现板式换热器的强化传热，进一步提高板式换热器的传热性能，其典型产品有V型槽、波纹板、鼓泡型等板式换热器［3］。大量的实验及工程实践表明，换热器表面的褶皱和突起具有强化换热的作用，然而多样的板型结构是如何起到强化换热作用的还不明确，而相关理论的缺乏又导致板型结构设计没有统一的理论指导。

笔者从流动非稳定性理论入手，建立边界内强化换热理论机制，分析曲线板片在逆压梯度作用下边界层分离与再附着对板片换热的影响，探讨板式换热器线型设计的理论方法。

1 边界层分离再附着理论

由场协同理论［4，5］可知，当流场中速度场U→与温度梯度∇T的夹角垂直时，即U→·∇T=0时，流动对换热不起作用，流动传热问题将演化为纯导热问题。在层流流动条件下，边界层内流体流动方向与热流方向几乎垂直，此时，流动不能起到强化传热的作用，边界层成为热阻的主要来源。

为了实现强化换热，考虑从减薄边界层入手。在曲面边界条件下，逆压梯度将导致边界层减薄并分离，从而起到强化换热的作用，这个现象在横掠圆柱等实验中已被观察并证明［6］。……