物流分配不均匀是板翅式换热器最“天生”的毛病——流体从入口进来后没有均匀分配到每个通道，有的通道流量大、有的流量小，结果就是换热器实际性能远低于设计值。封头结构不合理是罪魁祸首。流体从圆管进入方形封头，流通截面突然变化，流动分离不可避免，导致各通道流量严重不均。有研究表明，目前工业应用的板翅式换热器内部存在流体分配极为不均匀的问题，造成了换热效能的严重下降。物流分配不均匀还会加剧温度场分布不均匀、增大纵向传热，三者存在耦合关系，其中物流分配不均匀对效能的影响是最重要的。改善方案主要有三种：孔板型封头——在封头内部加装带孔分布板，让流体先经过孔板“整理”再进入板束，可提高传热系数且阻力增加在允许范围内；多级导流封头——通过各级导流板和挡板将流体均匀分配到各层各通道中；导流分布板——在封头段加入导流分布板，CFD结果显示流体分布明显改善、传热系数显著提高。封头高度越高、流体分配越均匀，入口管位置同样影响显著。江苏航烨能源采用CFD仿真对封头结构和导流区进行优化，确保各通道流量分配均匀，使换热器实际性能接近设计值。
一、不均匀到底有多严重？
有研究者对板翅式换热器封头内部的速度场进行了数值计算，发现封头内部物流分配存在严重的不均匀性。研究还发现，物流分配的不均匀会加剧内部温度场分布的不均匀，增大纵向传热，导致换热器效能下降——三者存在耦合关系，而物流分配不均匀对效能的影响是最重要的-。
实验研究表明，目前工业应用的板翅式换热器内部存在流体分配极为不均匀的严重问题，造成了换热效能的严重下降。
二、为什么会出现不均匀？
原因主要有三个：封头结构不合理。 流体从圆管进入方形的封头，流通截面突然变化，流动分离不可避免。有研究明确指出，封头高度越高，流体分配越均匀。
导流区设计不当。 流体从封头进入板束之前，需要经过导流区过渡。导流片的角度、长度如果没设计好，流量就分不均匀-。入口位置影响。 入口管在封头上的位置也很关键——偏了、歪了，都会加剧不均匀。
三、怎么改善？
针对板翅式换热器物流分配不均匀的问题，研究者提出了多种改进方案-。
孔板型封头是目前应用较广的改进方案。通过在封头内部加装带孔的分布板，让流体先经过孔板“整理”一下再进入板束，可以显著改善分配均匀性。有研究表明，采用孔板型封头可提高传热系数、改善换热效果，进出口阻力的增加幅度在工业允许范围内。
多级导流封头是一种更精细的方案。通过各级导流板和挡板将入口流体均匀分配到换热器的各层各通道之中。
导流分布板同样有效。有研究采用CFD方法研究大型板翅式换热器封头内的流体流动，提出在封头段加入导流分布板来改善流动分布均匀性，结果显示加入后流体分布得到改善，传热系数也有显著提高。
四、总结
我们在铝制板翅式换热器的设计中，采用CFD仿真对封头结构和导流区进行优化，确保各通道流量分配均匀。对于多股流换热器，尤其关注各股流体的通道分配和热匹配，使换热器实际性能接近设计值，而不是“设计一套、实际另一套”。
