刮板式換熱器的功率消耗研究

   與其他大多數換熱器不同的是刮板式換熱器需要電機帶動主軸旋轉完成熱交換過程，因此應用刮板式換熱器將會產生額外的功率消耗，為了達到節能和經濟性的目的，使刮板式換熱器具有較好的能效比，功率消耗也成為刮板式換熱器的一個研究對象。刮板式換熱器的功耗主要來源于以下4種主要部分：① 由刮板作用和流體泵送產生的剪切應力；② 刮板的刮擦動作；③ 軸承摩擦；④ 物料層當中流體質量的旋轉。

    傳統上，由液體產生的剪切應力產生的因素已被用于表征功耗。由于無法區分各個非流體相關因素，因此尚未用其來表征功率數。有學者[11]使用甘油/水混合物研究了刮板式換熱器中的經驗功率數、雷諾數和刮板數量方面的關系，表明確定經驗功率數的重要因素是主軸轉速、刮板數、流體密度、流體的體積黏度以及與管壁相鄰的流體黏度，而軸直徑的變化對經驗功率數的影響不大。然而，Trommelen[74]的研究則表明經驗功率數和雷諾數之間沒有特別的關系，經驗功率數隨著體積黏度的增加而降低。該研究的經驗功率數表達式源于簡化的刮板式換熱器模型，模型的功率消耗主要來源于環形空間中的摩擦和沿著表面刮擦刮板而產生，而且刮擦動作消耗了大量的能量，刮擦也會導致刮板邊緣和壁之間的薄膜流體的加熱，從而降低物料的黏度。Altiokka等[75]分析了刮板式換熱器中的功耗，認為液體對功耗的貢獻與Trommelen[74]先前報道的研究相似，摩擦力的貢獻與軸的旋轉速度成比例，沒有間隙的刮板式換熱器的功耗比標準間隙的大約高30％。Bolanowski等[41]研究了具有主軸偏心設置和同心設置的刮板式換熱器中花生醬冷卻過程中的功耗。與同心設置相比，偏心設置的刮板式換熱器功耗平均降低了41％，偏心設計的刮板在每次旋轉期間改變角度并擠壓產品，導致均勻的熱傳遞和更低的功耗。Abichandani等[76]在牛奶和奶油的加工過程中研究了刮板式換熱器中的功率變化，在蒸發牛奶期間的功率需求主要用于將產品加速到轉子速度（慣性力）、克服黏性和表面張力，刮削加熱表面上形成的膜，以及攪拌產品。隨著流量的增加，功率沒有顯著增加，但轉子速度和刮板數量的增加導致功率需求增加。秦貫豐等[53]測定了使用實驗室刮板式換熱器冷凍糖溶液時的相變過程的功耗，并對電耗的變化規律進行了分析，結果表明，電耗的變化與冰漿中的冰含量有很大的關系，然而，結冰開始時的初始功耗與冷卻表面溫度無關。

    刮板式換熱器的功耗取決于具體的加工的產品和過程。目前，理論模型仍不足以表征和量化功耗，但多年來由各種研究人員開發的經驗模型對于所使用的加工和產品條件非常具體。刮板式換熱器功率數特性的預測對于分析刮板式換熱器的生產能效是十分重要的，然而，近年針對刮板式換熱器的功率消耗方面的研究卻很少，因此未來需要更多測量和研究功耗的工作。