综述：关节式多体波浪能转换器：进展与技术挑战

《RENEWABLE & SUSTAINABLE ENERGY REVIEWS》：Articulated multi-body wave energy converter: Progress and technical challenges

可持续能源需求推动平板换热器（PHEs）研究，综述其传热原理、实验与数值模拟进展及增强技术。重点分析单/两相流、几何参数影响及CFD优化潜力，指出被动技术及多流程设计应用不足，建议量化面积密度差异及多相流优化研究。

　　

萨尔曼·阿尔-扎赫拉尼

沙特阿拉伯阿尔巴哈大学工程学院机械工程系，阿尔巴哈，65527

摘要

对可持续能源日益增长的需求反映了换热器（HEs）在提高能源效率和减少排放方面的重要作用。板式换热器（PHEs）因其优异的热性能和紧凑的设计而备受青睐。本文全面回顾了PHEs的基本原理，并系统总结了现有研究成果。文章深入概述了各种类型PHEs的实验研究、数值分析以及传热增强技术。此外，还整合了关于单相流、两相流和不同设计方法的发现，并指出了文献分析中揭示的主要局限性。本文认为，与参数化和单通道设计相比，引入新型被动技术和多通道PHE配置的研究仍然有限。先进的PHE数值模型是可行的，可以加速设计优化，同时考虑几何形状对传热和压降的影响。总体而言，当前文献中提出了许多重要的发现和未来的研究方向。

章节摘录

背景

板式换热器（PHE）的概念最初于19世纪70年代在德国提出[1]。这种换热器由一系列扁平的热板组成，这些热板也被称为光滑板，以堆叠的方式排列。这种换热器通常被称为平板式换热器（FPHE）。图1展示了每个板前表面边缘垫圈的布置情况。垫圈具有多种功能，包括分隔相邻板。

换热器理论

换热器是众多过程中的关键组件，因为它们能够实现两种或更多流体之间的连续热能（焓）传递。物理基本定律表明，热量会从较热的流体传递到较冷的流体，直到两者达到平衡状态。较冷流体获得的能量始终等于较热流体失去的能量。这种交换需要流体之间存在温差。传热可以发生在工艺流体之间。

PHE的基础知识

尽管PHE在各种类型的换热器中非常流行，但全面了解与其相关的各个方面仍然非常重要。这些知识对于进一步改进PHE的设计及其性能至关重要。

实验研究总结

已经进行了大量实验研究，以分析诸如板厚、波纹间距和V形槽角度等参数的影响。在过去的七十年中，出现了多种传热关联式。这些关联式的适用范围通常较为有限，因为它们是基于针对特定几何形状或特定实验条件范围的研究得出的。尽管如此，这些关联式仍然具有价值，因为它们可以帮助工程师

计算流体动力学

在交叉波纹板中，流体流经槽道，形成高度复杂的三维流动模式。对这些通道内流体运动的详细解析描述颇具挑战性。此外，实验性地探索各种几何参数以评估其影响既困难又耗时。计算流体动力学（CFD）提供了使用适当的湍流模型来模拟流体流动的可靠工具。

传热增强

许多研究团队致力于提高PHE的对流传热速率。其中，被动技术因其不依赖于能量且适用于实际应用而受到特别关注。以下小节探讨了用于提升PHE热性能的几种方法。值得注意的是，纳米流体的使用有助于进一步提高传热效率。

换热器在能源转型和可持续系统中的应用

换热器在推动可持续能源系统中发挥着关键作用，通过高效回收废热和低品位热能来实现这一目标。它们的高紧凑性和热效率使其非常适合与热泵、有机朗肯循环（ORCs）和工业过程集成，从而提高能源效率，同时降低运营成本和环境影响。通过有效管理单相流和两相流，换热器优化了能量利用，支持脱碳进程。

建议的未来工作

根据本综述过程中的观察结果，提出以下建议：

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  大多数改进型PHE均提高了传热速率，从而有可能减小其尺寸。因此，可以进行进一步研究，以考察在相同热负荷下传统PHE和改进型PHE的面积密度差异。这类研究将揭示两者之间的差异。

结论

本文概述了全球能源挑战以及换热器在能源领域的作用，强调了与换热器相关的基本概念。报告了PHE的重要特性，包括几何参数、流动配置和分类。同时，还对PHE的实验和数值研究进行了全面回顾。此外，还讨论了CFD在不同科学领域（尤其是热能领域）中的支持作用。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的财务利益冲突或可能影响本文工作的个人关系。