[科普中国]-壳程传热系数

壳程传热系数受多个因素的影响，比如管径、缠绕角度、不同径向比等。根据壳程传热系数可选择合适换热器。椭圆管换热器的传热系数虽然不高于采用圆管作为换热管的螺旋折流板换热器和弓形折流板换热器的传热系数，但其单位压降下的壳程传热系数却远远高于螺旋折流板换热器和弓形折流板换热器单位压降下的壳程传热系数。

简捷图解法列线图的精确度在计算值内3-4%。主要优点为简捷，在一分钟内即可找出壳程传热系数，尤其是不需要应用往往不合适或不够谁确的流体热性质。

对折流板切去面积为25%的壳程传热系数，可用Kern法以方程式(1)表示

然而，当用于粘度随温度变化不大，特别是通过流体膜的温度降不大时，可近似的将（μwall/μbuck）值视为1，而误差很小。

同时，曾发现(jH)值可用仅与雷诺数成直线函数的关系来表示。假定为直线法则，虽稍有偏差，但可使方程式(1)右方数值写成为仅与雷诺有关以得到相当简单的传热系数方程式。

Re和jH之间的直线关系，可表示为

由方程式(1)得

由式 (2) 和 (3) 得

影响因素根据方程式：

其中：K—传热系数，kJ/m2·K；
Q—吸收的热量，kJ，可以从模拟结果中直接获取；
A—换热管的表面积，m2；
Δtm—平均对数传热温差，K。

1、管径对传热系数的影响

随着管径的增大，那么传热系数是下降的，而且下降很大。很明显，管径越大传热系数也就越小，而且随着管径的增大如果芯管直径一定时，那么，径向尺寸也会随之变大，对换热器的设计是不利的。所以在工况允许下尽量采用小管径的绕管。

2、缠绕角度对传热系数的影响

缠绕角度对整个换热器外形尺寸由较大的影响，是绕管式换热器需要考虑的主要因素。

在其他尺寸一定的时候，随着绕度的变化，传热系数K也是随之变化。绕度越大，传热系数也随之变大，但是变化的数值不是很大。所以，考虑到换热器的尺寸设计的情况允许下，可以考虑适当的加大绕度，但效果不会改善很多。

3、不同径向比对传热系数的影响

在其他尺寸一定的时候，随着径向比的变化，传热系数K也是随之变化。径向比越大，传热系数也随之变小，但是变化的数值不是很大。所以，考虑到换热器的工况情况允许下，可以考虑减小绕管的径向比，虽然效果不会改善很多，但是换热器做的紧凑，可以减小换热器尺寸。2

在工程上的应用（1）在同一冷水流量和同一壳程的条件下，椭圆管换热器的壳程传热系数低于螺旋折流板换热器和弓形折流板换热器。例如，当壳程流量为9m3/h时，椭圆管换热器的壳程传热系数比换热效率较低的弓形旋折流板换热器降低了15.6%。

（2）在同一冷水流量的试验条件下，椭圆管换热器的压降小于螺旋折流板换热器和弓形折流板换热器压降，并且随着冷水流量的增加，椭圆管换热器的压降低得越明显。例如，当壳程流量为9m3/h时，椭圆管换热器的压降比压降较小的25°有泄流槽螺旋折流板换热器降低了47.1%。

（3）在相同壳程流量下比较壳程单位压降下的传热系数，椭圆管远远高于螺旋折流板换热器和弓形折流板换热器。例如，当壳程流量为9m3/h时，椭圆管换热器的单位压降下的壳程传热系数比单位压降下的传热系数较高的25°有泄流槽螺旋折流板换热器提高了58.5%。

因此，应用综合评价标准得出，椭圆管换热器的传热性能比螺旋折流板换热器和弓形折流板换热器的传热性能好。3

本词条内容贡献者为:

李斌 - 副教授 - 西南大学