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[摘 要]换热器是社会各行业中广泛应用的一项设备，其传热性能的优劣对能源利用程度具有至关重要的影响。基于此，本文就换热器中的场协同原则及其应用进行分析，首先就换热器的发展历程进行简要的概述，然后就场协同原则的概念、换热器中场协同关系式和换热器强化的场协同原则进行分析，最后就叉流换热器和多股流换热器对场协同原则的应用进行探究，从而提升换热器的应用水平。
[关键词]换热器；场协同原则；多股流换热器
中图分类号：G486 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）30-0046-01
引言：隨着社会经济水平的不断提升，各项能源的消耗量也日渐提升，为了促进社会经济的可持续发展，必须提高各项能源的利用效率，避免造成不必要的浪费，而对换热器进行强化能够有效达成这一目的。根据场协同原则，对换热器的强化应用主要在于对换热器中冷热流体的温度场进行科学合理的分布，使冷热流体的温度场能够达到一种分布最均匀的状态，因此对换热器中场协同原则及其应用的研究是很有必要的。
一、换热器的发展概述
换热器是社会各行业广泛应用的设备，尤其是石油、化工、食品和动力等行业，因此在工业生产中具有重要的作用。换热器又叫做热交换器，主要的物理原理是将冷热流进行交换，在工业生产中可以作为冷凝器、加热器和蒸发器等设备进行使用。随着社会经济的不断发展，社会各行业对能源的利用率大大提升，很多能源在工业生产中都存在浪费的现象，严重制约着社会经济的可持续发展，而换热器作为一种在不同温度下进行能源转换的设备，如果传热性能不高，就会造成能源的浪费，降低工业生产的效率，因此必须对换热器的传热性能进行强化。换热器强化技术于20世纪70年代得到初步的发展，这一期间世界遭遇能源危机，因此学术界和工业界对换热器进行深入的研究分析；换热器强化技术成为常规技术是在90年代，这一时期换热器的应用领域不断扩大，并取得了全新的发展，尤其是场协同原则的提出，使换热器传热性能得到极大程度的增强。
二、换热器中的场协同原则
（一）场协同原则的概念
换热器是一种在不同温度条件下对冷热流进行转换的设备，在冷热流进行转化的过程中，温度也不断的发生着变化，因此会形成两个温度场，一个是冷流体的温度场，另一个是热流体的温度场。如果将换热器看作是一个由多个子换热器构成的系统化的整体，那么在每个子换热器中都会出现冷流体温度场和热温度场，而冷流体温度场与热流体温度场之间的平均温度，就共同构成了整个换热器中的温度场。对于换热器的传热性能而言，具有影响力的因素主要由以下三个因素构成，分别是换热器的传热单元数、冷热流体的进口温度差以及冷热流体的流动模式。就冷热流体的流动模式而言，主要分为顺流模式、叉流模式和逆流模式，不同的流动模式会对换热器传热性能产生不同的作用，如果以函数的形式进行表示，在场协同原则的作用下，冷热流体通过流转最终呈现出均匀状态可以表现为以下函数形式[1]：
（二）换热器中场协同关系式
在换热器的运行过程中，冷热流体的温度场一般处于十分复杂的状态，因此必须通过对参量的确定，从而描述冷热流体转化过程中的协同度。根据大量的文献参考，确定了以下两种状态下换热器的协同关系式，一种是在热容量流量较大的状态下，另一种是在热容量流量较小的情况下。
（三）换热器强化的场协同原则
在换热器中，影响传热效能的典型因素是三种不同的冷热流体方式，不同的流体方式对应着不同的传热效能，而且都可以用函数表达关系式进行表示，但是，换热器在实际工程的应用中，不仅会受到理论上冷热流体模式的影响，还会受到很多工艺方面的因素影响，因此在实际工程中采用的换热器往往具备混合型的流传模式，这种换热器的传热效能相比较普通的形式而言，其场协同度更加难以分析，但是可以将普通换热器温度场协同度的分析作为基础，将各项参数作为混合型的定量参数进行分析研究，从而得出混合型换热器温度场的协同度，并对场协同度与各因素之间的关系进行对比研究，从而得出场协同度原则。从大量的数据分析和图表分析可以发现，场协同度与换热器效能之间存在正向对比的关系，即冷热流体温度场的协同度越高，换热器的传热效能也就相应越高。
三、强化换热器对场协同原则的应用
为了提升各行业的工程效率，一般会利用两种手段对换热器的传热效能进行强化，一种是对换流系数的增加，另一种是对冷热流的温度场进行调节。在对换流系数进行增加时，往往需要通过增加泵功实现这一目的，需要花费较高的成本，因此基于场协同原则，可以对换热器冷热流的温度场进行合理的调节，从而形成换热器整体之间的协调配合，从而有效提高工程的效率。就具体的应用而言，主要体现在两方面，分别是叉流换热器的应用和多股流换热器的应用。
（一）叉流换热器对场协同原则的应用
叉流换热器是一种以单一冷热流体形式进行运转的设备，因此在对换热器传热效力的强化中，主要对其传热面积进行合理的调节，从而实现换热器冷热流体温度场的协同，达到分布均匀的最佳状态。以常规的叉流换热器为例，这种换热器是一个系统性的整体，在研究其传热效能的强化过程中，可以将这个整体分为若干个子区域。首先，对各个子换热器冷热流体的温度场进行统计分析，结果发现子换热器冷热流温度场的温度分布呈现不均匀的状态，因此可以得到协同度较差这一分析结果，其中某些子换热器的温度差极高，而某些子换热器的温度差极低，大致发现极差主要以对角线的形式分布，通过场协同度的函数关系式，可以得到最佳的温度差分布状态，从而对传热面积进行重新分布，以此达到换热器最佳的传热效能[2]。
（二）多股流换热器对场协同原则的应用
多股流换热器是一种以综合冷热流体形式进行运转的设备，其中冷热流体模式主要有三种，流转的主要规律是两股冷热流之间进行相互换热，因此这三股冷热流的运转形式是不同的，相对应的两股分别是逆流运转和顺流运转。对于多股流换热器的运转形式而言，不能再沿用叉流换热器调节传热面积的方法强化传热效能，而是要对三股冷热流体方式进行综合性的考虑。
首先要对顺流形式和逆流形式进行分别分析，然后再进行综合性的分析。根据大量的数据分析和图表分析发现，换热器冷热流体在逆流运转的状态下，传热效能往往相对较高，但这一结论的得出只基于理论研究，并不能完全适用于现实工程中的实际应用，因为在理论的状态下，换热器没有收到外界温度因素的干扰，而在实际的应用过程中，外界环境往往比较复杂，但是综合来看，逆流形式仍然由于顺流形式。如果要对多股流换热器的传热效能进行强化，必须采用复合型的方式，既要对传热面积的温度分布情况进行调节，也要对换热器的热容量流量进行调节，通过定量参数套用函数关系式，使二者之间达到协调，从而使温度场达到协同，增强传热效能[3]。
结论
综上所述，针对换热器中的场协同原则及其应用的研究是非常必要的。本文主要就叉流换热器和多股流换热器对场协同原则的应用进行分析。研究可得，换热器主要通过改善换热器中冷热流体的分布状态，对换热器的传热性能进行提升，从而使换热器中的温度场达到最佳的均匀状态。叉流换热器主要对换热面积进行重新分布，而多股流换热器主要以顺流换流方式加强均匀程度。希望本文可以为研究这一课题的相关人员提供参考。
参考文献
[1] 贝晨.ORC系统换热器性能分析及蒸发器对发动机性能影响研究[D].北京工业大学，2016.
[2] 夏荣涛.超声空化对强化换热效果影响的研究[D].东北电力大学，2016.
[3] 郑孔桥.板式换热器分配区改造的数值模拟及场协同分析[D].东北电力大学，2015.
[关键词]换热器；场协同原则；多股流换热器
中图分类号：G486 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）30-0046-01
引言：隨着社会经济水平的不断提升，各项能源的消耗量也日渐提升，为了促进社会经济的可持续发展，必须提高各项能源的利用效率，避免造成不必要的浪费，而对换热器进行强化能够有效达成这一目的。根据场协同原则，对换热器的强化应用主要在于对换热器中冷热流体的温度场进行科学合理的分布，使冷热流体的温度场能够达到一种分布最均匀的状态，因此对换热器中场协同原则及其应用的研究是很有必要的。
一、换热器的发展概述
换热器是社会各行业广泛应用的设备，尤其是石油、化工、食品和动力等行业，因此在工业生产中具有重要的作用。换热器又叫做热交换器，主要的物理原理是将冷热流进行交换，在工业生产中可以作为冷凝器、加热器和蒸发器等设备进行使用。随着社会经济的不断发展，社会各行业对能源的利用率大大提升，很多能源在工业生产中都存在浪费的现象，严重制约着社会经济的可持续发展，而换热器作为一种在不同温度下进行能源转换的设备，如果传热性能不高，就会造成能源的浪费，降低工业生产的效率，因此必须对换热器的传热性能进行强化。换热器强化技术于20世纪70年代得到初步的发展，这一期间世界遭遇能源危机，因此学术界和工业界对换热器进行深入的研究分析；换热器强化技术成为常规技术是在90年代，这一时期换热器的应用领域不断扩大，并取得了全新的发展，尤其是场协同原则的提出，使换热器传热性能得到极大程度的增强。
二、换热器中的场协同原则
（一）场协同原则的概念
换热器是一种在不同温度条件下对冷热流进行转换的设备，在冷热流进行转化的过程中，温度也不断的发生着变化，因此会形成两个温度场，一个是冷流体的温度场，另一个是热流体的温度场。如果将换热器看作是一个由多个子换热器构成的系统化的整体，那么在每个子换热器中都会出现冷流体温度场和热温度场，而冷流体温度场与热流体温度场之间的平均温度，就共同构成了整个换热器中的温度场。对于换热器的传热性能而言，具有影响力的因素主要由以下三个因素构成，分别是换热器的传热单元数、冷热流体的进口温度差以及冷热流体的流动模式。就冷热流体的流动模式而言，主要分为顺流模式、叉流模式和逆流模式，不同的流动模式会对换热器传热性能产生不同的作用，如果以函数的形式进行表示，在场协同原则的作用下，冷热流体通过流转最终呈现出均匀状态可以表现为以下函数形式[1]：
（二）换热器中场协同关系式
在换热器的运行过程中，冷热流体的温度场一般处于十分复杂的状态，因此必须通过对参量的确定，从而描述冷热流体转化过程中的协同度。根据大量的文献参考，确定了以下两种状态下换热器的协同关系式，一种是在热容量流量较大的状态下，另一种是在热容量流量较小的情况下。
（三）换热器强化的场协同原则
在换热器中，影响传热效能的典型因素是三种不同的冷热流体方式，不同的流体方式对应着不同的传热效能，而且都可以用函数表达关系式进行表示，但是，换热器在实际工程的应用中，不仅会受到理论上冷热流体模式的影响，还会受到很多工艺方面的因素影响，因此在实际工程中采用的换热器往往具备混合型的流传模式，这种换热器的传热效能相比较普通的形式而言，其场协同度更加难以分析，但是可以将普通换热器温度场协同度的分析作为基础，将各项参数作为混合型的定量参数进行分析研究，从而得出混合型换热器温度场的协同度，并对场协同度与各因素之间的关系进行对比研究，从而得出场协同度原则。从大量的数据分析和图表分析可以发现，场协同度与换热器效能之间存在正向对比的关系，即冷热流体温度场的协同度越高，换热器的传热效能也就相应越高。
三、强化换热器对场协同原则的应用
为了提升各行业的工程效率，一般会利用两种手段对换热器的传热效能进行强化，一种是对换流系数的增加，另一种是对冷热流的温度场进行调节。在对换流系数进行增加时，往往需要通过增加泵功实现这一目的，需要花费较高的成本，因此基于场协同原则，可以对换热器冷热流的温度场进行合理的调节，从而形成换热器整体之间的协调配合，从而有效提高工程的效率。就具体的应用而言，主要体现在两方面，分别是叉流换热器的应用和多股流换热器的应用。
（一）叉流换热器对场协同原则的应用
叉流换热器是一种以单一冷热流体形式进行运转的设备，因此在对换热器传热效力的强化中，主要对其传热面积进行合理的调节，从而实现换热器冷热流体温度场的协同，达到分布均匀的最佳状态。以常规的叉流换热器为例，这种换热器是一个系统性的整体，在研究其传热效能的强化过程中，可以将这个整体分为若干个子区域。首先，对各个子换热器冷热流体的温度场进行统计分析，结果发现子换热器冷热流温度场的温度分布呈现不均匀的状态，因此可以得到协同度较差这一分析结果，其中某些子换热器的温度差极高，而某些子换热器的温度差极低，大致发现极差主要以对角线的形式分布，通过场协同度的函数关系式，可以得到最佳的温度差分布状态，从而对传热面积进行重新分布，以此达到换热器最佳的传热效能[2]。
（二）多股流换热器对场协同原则的应用
多股流换热器是一种以综合冷热流体形式进行运转的设备，其中冷热流体模式主要有三种，流转的主要规律是两股冷热流之间进行相互换热，因此这三股冷热流的运转形式是不同的，相对应的两股分别是逆流运转和顺流运转。对于多股流换热器的运转形式而言，不能再沿用叉流换热器调节传热面积的方法强化传热效能，而是要对三股冷热流体方式进行综合性的考虑。
首先要对顺流形式和逆流形式进行分别分析，然后再进行综合性的分析。根据大量的数据分析和图表分析发现，换热器冷热流体在逆流运转的状态下，传热效能往往相对较高，但这一结论的得出只基于理论研究，并不能完全适用于现实工程中的实际应用，因为在理论的状态下，换热器没有收到外界温度因素的干扰，而在实际的应用过程中，外界环境往往比较复杂，但是综合来看，逆流形式仍然由于顺流形式。如果要对多股流换热器的传热效能进行强化，必须采用复合型的方式，既要对传热面积的温度分布情况进行调节，也要对换热器的热容量流量进行调节，通过定量参数套用函数关系式，使二者之间达到协调，从而使温度场达到协同，增强传热效能[3]。
结论
综上所述，针对换热器中的场协同原则及其应用的研究是非常必要的。本文主要就叉流换热器和多股流换热器对场协同原则的应用进行分析。研究可得，换热器主要通过改善换热器中冷热流体的分布状态，对换热器的传热性能进行提升，从而使换热器中的温度场达到最佳的均匀状态。叉流换热器主要对换热面积进行重新分布，而多股流换热器主要以顺流换流方式加强均匀程度。希望本文可以为研究这一课题的相关人员提供参考。
参考文献
[1] 贝晨.ORC系统换热器性能分析及蒸发器对发动机性能影响研究[D].北京工业大学，2016.
[2] 夏荣涛.超声空化对强化换热效果影响的研究[D].东北电力大学，2016.
[3] 郑孔桥.板式换热器分配区改造的数值模拟及场协同分析[D].东北电力大学，2015.