经过了各国学者们的长时间的努力及研究，在强化换热器传热方面取得了较突出的进步。而管壳式换热器是当前最为常见及常用的换热设备，其理论知方面已经相对成熟，设计经验也比较丰富。常用的管壳式换热器有如下几种浮头式换热器、折流杆式换热器、螺旋折流板换热器、空心环管壳式换热器。而本文研究的波纹管换热器也是新型换热器的一种。

1.2  波纹管换热器简介

本文设计的是波纹管式固定管板式换热器，其功能为使稀氨水降温。针本文选用的是市场上技术领先的强化传热元件——不锈钢波纹管作为换热管。波纹管换热器(见图1.1) 是在保持管壳式换热器原样的基础上，对传热元件进行新的设计及改动，将普通的不锈钢光管进行特殊的加工，制成波纹形状的管道，见 (图1.2) 。经过特殊加工工艺后，不锈钢的材料特性能得以更好的体现，使管道内加工应力小，且受到的应力分布均匀，没有应力集中点。

图1.1 波纹管换热器模型

1.2.1  波纹管的传热机理

波纹管作为波纹管换热器的重要换热元件，其管道是由直管和波纹形状的管道组成（见图1.2）。波纹管的强化传热原理是利用流体本身的能量，将其流速与压力发生周期性变化。

当流体在管道内流动时，流体经过弧形管段流速减慢，压力增高；当流体在直管段流动时，流体的流速增快，压力减小。流体在管内的流动是在方向呈周期性变化的轴向压力梯度作用下进行的，由于流道形状的变化，使流体在流动阻力相同的情况下，在波纹管内流动比在光管内流动具有更高的传热效率。

 波纹管内流体流动状态示意图

1.2.2  波纹管换热器的技术优势

1、传热系数高

传热系数是参考换热器换热性能的重要指标，而波纹管换热器是通过强化换热表面的传热系数来提升这一性能指标。波纹管的管道壁温度梯度较小，因此降低了管壁的热阻，使得管内外换热系数提高，另外波纹管由于其特殊的构造，可以使波纹管换热器的传热得到强化。其管道是由直管和波纹形状的管道组成，因波纹管管道的波峰与波谷之间的高度差，使流体形成了较大的波动。结合以上两点可使总传热系数提高。

2、耐高温、能承受较大温差、压差 

波纹管的壁厚一般为0.8-1.5mm，管壁较薄，但是由于其独特的加工成型技术以及特殊的结构，使得波纹管能够承受较大的压力。由研究显示，波纹管单边可承受最大压力一般约为20MPa，在实际使用过程中压力一般控制在6.4MPa以下，能使得波纹管能正常使用。由于波纹管换热器采用不锈钢材料，所以其最高工作温度为450℃。同时波纹管是一种柔性传热元件，其热补偿能力改善了壳体和换热管的受力状态，能够适应较大温差的工作环境，相较于普通列管有显著优点。因此波纹管换热器不会因拉应力过大而导致裂纹或者失效，大大地提高了换热器的承压差能力。

3、防结垢能力强

传统换热器由于结垢、堵塞等问题导致换热器工作效率降低，尤其是当流体中杂志含量过多，或者流体杂质易与其他物质产生化学反应，在换热器管道内形成结垢物的情况下，这一现象变得尤为严重。情况最为槽糕的情况下，时常会导换热器管道内增大、能源损耗增加，更甚至导致换热器堵死无法正常工作，因此导致浪费大量人力物力来维护换热器。 

本文选用的不锈钢波纹管因为其特殊的波纹形状的管道，使得湍流介质不断冲刷换热管的内外表面，对污垢形成冲击，使波纹管管壁内难以结垢。