本期我們來探討下套管換熱器可以如何強化換熱。
【資料圖】
（示意圖，不對應文中任何產品信息）
1套管換熱器傳統基本結構和換熱原理
1.1 套管換熱器基本結構
傳統套管換熱器利用同軸層套管的形式進行制冷系統冷量的傳遞，內層管走換熱介質冷凍水，內層管與外層管之間走制冷劑，利用流體對流換熱的形式進行熱量傳遞，具體結如圖1。
如圖1所示為套管式換熱器的造簡圖，它由不同直徑的兩種管子套在一起組成同軸套管成。小圓管內流過一種流體，小圓管外壁與大圓管內壁質檢形成環形間流過另一種流體。小圓管的管壁就形成隔在兩種流體之間的傳熱壁面。
在實際設計和制造這種換熱器時，采用同軸套管以螺旋式結堆疊在一起，以小換熱器占用間，提間利用率。
1.2 套管換熱器的熱阻計算
在換熱器傳熱計算過程中，通常以經典熱力學公式作為基礎進行計算如圖2所示，兩種流體在壁面間傳遞熱量時，符合經典熱力學穩態熱的傳熱方程，為：
在研究換熱器在傳熱過程中的規律，通常以傳熱系數的倒數來表示熱傳遞過程中的阻力，我們為熱阻，這樣就可以套用電學的基本規律來研究傳熱學。套管式換熱器在換熱過程中，了壁面本身的熱阻之外，兩種流體與壁面之間換熱的時候，會存在熱阻，這種熱阻我們之為對流換熱熱阻。不同的流體介質具有不同的性質，在換熱時會以不同熱阻的形式呈現。如圖3所示。
以電學中的歐姆定律來描述傳熱學中的熱流量，這個方程可以寫成如下形式：
2套管換熱器結構改進設計
從公式（3）可以出，如果想讓換熱器在換熱過程中的熱流量提，可以從以下幾個方面來進行：
首先可以加換熱器的傳熱表面，傳統加傳熱表面的方式是在管內加肋片的形式。
其次是可以小換熱過程中的熱阻，熱阻有三個方面，冷流體側的換熱熱阻，熱流體側的換熱熱阻和管壁本身的換熱熱阻。換熱器管壁本身的熱阻跟換熱器材料有關，流體側的對流換熱熱阻的大小跟流體本身的流動形式有關。
普通制冷劑和水等流體在常規流速的情況下是以紊流狀態存在的，但是可以通過螺旋流動的方式加其繞動，從而可以低其對流換熱熱阻。流體的螺旋流動可以通過在管內壁和外壁加螺旋肋片的形式來實現。這種方式不可以強流體擾動，低換熱熱阻的情況下，同時可以低在流體流動過程中的阻力。既可以強換熱效率，可以在系統運行過程中低水泵能耗，起到節能的效果。套管式換熱器為了強化換熱，可以對套管換熱器進行以下改造：
①套管內管內壁采用螺旋肋片結；
②內管外 壁采用螺旋肋片結。
2.1 套管內管內壁采用螺旋肋片結構
制冷套管換熱器的外管內壁采用螺旋肋片結，可以使流體在流經管路的過程中加流程，從而加換熱效率，同時由于流體在螺旋結的引下，以渦流形式流動加的在與壁面的對流換熱過程中的擾動，使對流換熱系數大大加，第三個方面，內壁的螺旋結加的換熱面，加了換熱量，如圖4所示。
由式（5）可以得出，如果想低在傳熱過程中的熱阻，有兩種方法可以實現，其一就是通過加管長，可以低熱阻；其二就是大圓管內徑。換熱器到自身間大小的限制，要加管長很難實現；大圓管內徑勢要少壁厚，壁厚低的情況下會低管路強度，因此，在這樣的情況下，采用的唯一方法就是以在圓管內壁加肋壁的方式來加圓管內徑。
在換熱器表面一側采用肋壁的形式來強化傳熱，是一種強換熱器傳熱性能的有效方法，如圖5所示。
如房間調器的蒸發器、冷凝器等都適用肋片來強化傳熱。肋片的形狀有很多種，如片狀、條狀、柱形、齒形等等。套管換熱器其內部加的肋壁，有流體通過的情況下，為了低阻力，其肋壁的形狀宜采用圓角的形式，如圖5所示，設肋和壁是同一種材料，熱系數為λ，厚度為δ，肋壁的表面為F2 ，肋面溫度為tw2，肋壁側流體的溫度為tf2 ，流體對肋壁 面的對流換熱系數為h2，無肋側光壁的表面為F1 ，肋面溫度為tw1 ，肋壁側流體的溫度為tf1 ，流體對肋壁面的對流換熱系數為h1 。
從公式（10）中可以出，通過對流換熱進行熱量傳遞時，可以有以下幾種方法：
其一，擴大兩種流體的溫差，在制冷系統中，如果想擴大溫差，在熱流體溫度不的情況下，只能低冷流體的溫度。在制冷原理中，如果要低冷流體的溫度，就需要低制冷循環的蒸發溫度，低蒸發溫度會是制冷系統的能效比低，這是得不償失的。
其二，少肋壁的厚度，這種情況會低換熱器的強度。
其三，加F2 的面，這是通過加肋壁的形式來實現的，由于肋壁的表面F2 大于光壁的表面F1 ，這明，壁改為肋壁后會強傳熱。
在制冷調工程中，表面傳熱系數小的一側的面大，是一種強傳熱的最廣泛的方法。肋壁面的面F2與光面的面F1 的比值F2 /F1 為肋化系數，用αν 來表示。當h2（F2 /F1 ）的值接近于h1時，使再加F2 /F1 的值，不會有明顯的強換熱的效果。
2.2 內管外壁采用螺旋肋片結構
在公式（10）中，如果以光壁的面為基準來計算傳熱系數，則傳熱系數的公式可以寫成如下形式：
從這個公式可以出，如果想強換熱效果還可以加F1 的面，這就是在套管換熱器中的內管的外壁加螺旋肋片結的理論基礎。在對流換熱過程中，傳遞的熱流量與套管換熱器內管外壁的面成正比，因此，我們在內管外壁上加螺旋肋片以加換熱面，如圖6所示。
在制冷調設備的換熱器中傳熱面大都是金屬薄壁，薄壁的熱熱阻很小，一可以忽不計，在不計入污垢熱阻時，傳熱系數可以寫成如下公式：
3結構改進后的效果
在套管式換熱器在進行對流換熱過程中，為了強化在換熱過程中的換熱效率，對套管式換熱器的內壁進行肋片化改造，并使這種肋片以螺旋形態在管壁內壁和外壁繞行。
這種方式可以使套管式換熱器的換熱效率得到大幅度的提，主要表現在以下幾個方面：
首先，通過肋片化改造，使套管換熱器的換熱面得到較大程度的提，這不提了套管間的對流換熱的熱流量，使內管內壁的對流換熱的熱流量得到提。
其次，通過在管路內的肋片以螺旋的形式存在，可以是流體在流過換熱壁面時生強烈的擾動，大大強了流體與壁面之間的對流換熱系數，對流換熱系數的強，會使換熱效率提。使制冷系統的能效比提，起到了很好的節能效果。
第三，在換熱器制作過程中，在不加材料使用量的情況下，改壁面形狀，可以使換熱器的強度加以提。
第四，流體在管內流動過程中，由于是以螺旋的狀態進行的，流體的流程比原來的光壁套管得到較大的提，加流體在套管換熱器內流動的時間，從而能強換熱器的換熱效率。
第五，本文討論的套管換熱器，在套管內外流動的流體，是以逆流的方式進行換熱的，這種方 式同樣比順流式的換熱器有較強的換熱效果。
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