其中，板壳式换热器作为一种创新的换热装置，其独特之处在于由板芯与壳体两大核心部件构成。在此结构中，冷、热流体分别流经板程与壳程，通过高效的热交换过程实现能量的传递。相较于其他类型的换热器，板壳式换热器展现出了显著的优势：

卓越的传热效率：得益于其板片间紧凑的流道设计以及板面丰富的触点结构，流体在流经波纹板片时受到强烈的扰动作用，即便在较低的雷诺数条件下也能迅速达到紊流状态，从而大幅提升了传热系数，相较于传统光滑通道内的换热效率，可提升3至4倍之多。

高度的适应性：板壳式换热器的板芯由一系列形状完全相同的板片精密焊接而成，这一设计赋予了其极大的灵活性，能够根据具体工况对传热面积的不同需求，灵活调整板片的数量，以满足多样化的应用场景。

紧凑的结构与节省的空间：该换热器通过优化板片设计与制造工艺，实现了板片厚度的极致减薄（通常在0.61mm之间），同时相邻板片间的距离也控制得极为紧凑（约23mm），这不仅减轻了设备的整体重量，还显著减少了占地面积，使得安装与维护更加便捷。

低污垢系数与强耐腐蚀性：板片表面的特殊波纹设计不仅增强了流体的扰动效果，还有效抑制了污垢的沉积，降低了维护成本。同时，采用304不锈钢等优质材料制成的板片，展现出了卓越的耐腐蚀性能，确保了设备在恶劣工况下的长期稳定运行。

板芯，作为板壳式换热器的灵魂部件，不仅是强化热传递的关键元件，还肩负着承受整个换热器内部压力的重任。其性能优劣，直接体现在板片的承载能力、传热效率以及流体流动时产生的阻力大小上，这些参数共同构成了评估换热器整体性能的重要标尺。当流体穿梭于板芯之间，板片两侧承载着截然不同的压力与温度条件，使得这一区域成为换热器中最脆弱、最易受损害的部分，同时也是潜在风险的高发区。

确保板芯的承压能力，是保障整个换热系统稳定、安全运行的基石。一旦板片因承压不足而发生泄漏，不仅会触发换热系统的连锁故障反应，造成不可估量的经济损失，更可能引发严重的爆炸事故，让整个工厂的生产活动陷入瘫痪，对人员、机械及环境构成三重威胁。

为此，构建专门的实验平台，对板壳式换热器进行深入的应力测试，显得尤为重要。这一过程旨在通过承压实验，精准捕捉板片应力的动态变化，并确定其最大安全承载极限。同时，借助先进的数值模拟技术，我们能够预先识别出板片中潜在的失效区域，为后续的安全防护策略提供科学依据。通过采取针对性的加固措施和优化设计，我们可以有效提升换热器的安全性能，确保其长期、稳定、高效地服务于各类工业领域，为安全生产保驾护航。

1 板壳式换热器的结构特点

板壳式换热器，这一创新性的高效热交换装置，巧妙融合了板式换热器与管壳式换热器的精髓。它不仅继承了板式换热器卓越的传热效率与紧凑结构的优势，还兼备了管壳式换热器在耐高温高压环境下的稳定性能。其核心构造由板芯与壳体两大部分精心构建而成，其中冷流体与热流体分别通过壳程与管程顺畅流入，两者在精心设计的波纹板片间实现高效热交换。

板芯，作为换热装置的心脏地带，由一系列精心制造的波纹板片无缝焊接而成，这些板片不仅形状一致，而且功能强大，它们共同构成了对流换热的主体。通过调整板片的数量，可以灵活应对不同的换热需求，实现换热面积的精准调控。当流体穿越板芯时，其流动路径在波纹与触点的精妙引导下不断变换，即便在较低的雷诺数（如Re=200）条件下，也能轻松达到紊流状态，显著提升换热效率。

板壳式换热器的热量传递机制遵循间壁式传热的原理，冷热流体在波纹板的引导下，沿着各自的流道方向以完全逆流的方式交错流动，形成一个个高效的换热单元。这一过程中，热量传递被精妙地划分为三个阶段：首先，热流体通过对流方式将热量传递给波纹板；随后，波纹板作为热传导的桥梁，将热量传递至低温侧的波纹板；最后，低温侧的波纹板再次通过热对流作用，将热量传递给冷流体，从而圆满完成整个传热循环。

值得一提的是，为了最大化传热温差，板壳式换热器特别采用了完全逆流的流动方式，这一设计不仅优化了传热效率，还确保了换热过程的稳定与高效。综上所述，板壳式换热器以其独特的设计理念与卓越的性能表现，在众多工业领域中展现出了广阔的应用前景与巨大的发展潜力。

图 1 板壳式换热器结构示意图

2 换热器板芯应力研究

板壳式换热器的核心组件——板芯，是由精密堆叠并焊接的多层板片构筑而成，这一结构巧妙地将热流体引入板程入口，同时将冷流体导向壳程入口，实现了两者间的高效热交换。作为整个换热器的承重支柱，板芯中的板片两侧时刻承受着流体动力学的复杂扰动与显著的温度差异，这种极端工况下，板片极易遭受损伤，引发泄漏事故，从而对系统安全构成重大威胁。

针对这一挑战，国内外学术界已对薄板材料的应力状态进行了深入探索，并提炼出了一系列宝贵的理论公式。然而，随着薄板结构设计日益复杂化，传统理论分析的难度也随之攀升，难以全面覆盖所有实际情况。另一方面，尽管实验研究能够提供直观的数据支持，但其过程繁琐复杂，涉及控制程序与数据采集的双重挑战，不仅资源消耗巨大，还存在不容忽视的安全风险，因此相关研究相对有限。

在此背景下，有限元模拟软件凭借其独特的优势脱颖而出。它能够跨越实验条件的局限，以更低的成本、更快的速度，对复杂结构进行精确的应力分析。这一技术的应用，不仅极大地节省了时间与资源，还拓宽了研究的边界，使得对板壳式换热器板芯性能的探索更加全面而深入。

图 2-1 人字型波纹板结构示意图

3 板壳式换热器数值方面的研究

换热器板片，作为热交换设备的灵魂部件，其核心使命在于促进冷热流体间的高效热量传递。在众多板片类型中，人字形波纹板以其独特的优势脱颖而出，成为行业内的首选。这类板片凭借其精妙的设计，在换热器内部有效降低了流体阻力，并显著提升了整体换热效率，从而在空调制冷、蒸汽动力锅炉运作以及废热回收利用等多个关键领域得到了广泛应用与高度认可。

图 3 换热器板芯整体结构模型

4 总结

本文说明了过程核心在于承压实验，精确追踪板片应力变化，界定其安全承载上限。同时，结合数值模拟技术，前瞻性地识别板片潜在弱点，为制定安全防护方案奠定理论基础。通过精准加固与优化设计，换热器安全性显著增强，确保其在各类工业应用中持久、高效运行，为生产安全筑起坚实防线。

航烨能源在换热技术领域贡献突出，通过研发高效换热器板片，提升换热效率与安全性能，广泛应用于多领域，推动行业技术进步与绿色发展。