在载冷剂系统中，换热器是影响整体能效的关键设备，常见类型包括板式换热器和壳管式换热器。冰河冷媒的众多客户在工程中采用了壳管换热器。通常在选型阶段，换热器已根据载冷剂的物性参数进行了匹配，但传统壳管换热器普遍存在传热系数偏低的问题。如何在不改变原有系统结构的前提下提升传热效率，是工程应用中值得关注的技术问题。
一、强化传热的基本原理
根据强化传热理论，在换热管两侧流体之间，总传热系数主要受对流传热系数较小一侧的控制。因此，要有效提升总传热系数，应优先增强传热系数较低一侧的换热能力。在实际工程中，由于不同工况下管内与管外的传热系数难以统一判断，强化传热通常呈现三种技术路径：管内强化、管外（壳程）强化以及管束整体强化。
在一般载冷剂系统中，主要换热过程为载冷剂与制冷剂之间的换热，或蒸汽与载冷剂之间的换热。由于载冷剂的对流传热系数相对较小，因此强化重点通常落在载冷剂一侧。
二、载冷剂走壳程时的强化方法
在多数载冷剂系统中，载冷剂在壳层循环流动。针对壳程载冷剂的换热强化，主要有以下两种常用技术手段：
1. 插入螺旋扭片
在壳程换热管之间插入螺旋扭片，可有效改变壳程流体的流动形式。该结构使壳程流体在管隙间始终保持多股纵向自螺旋流状态，有效提高换热管束壁面附近的流体速度，促进不同壳体半径处流体的充分混合。靠近管壁面的流体产生明显的周期性螺旋流动，加强管束近壁面处流体的扰动，推动流体混合。
同时，周期性螺旋流动可有效减薄边界层，尤其是黏性底层的厚度，从而使壳程流体的传热膜系数得到较大提高。
2. 采用螺旋折流板
采用螺旋折流板结构时，壳程流体流动方向与轴线呈一定角度，流体斜向冲刷换热管及折流板，可减小管束振动和流动死区。此外，管间流场存在沿轴线方向波动的径向速度，能够增加流体扰动，减薄边界层厚度，有利于增大传热系数。
三、载冷剂走管程时的强化方法
在部分应用场景中，例如满液式或降膜式系统，载冷剂走管程。此时需要对管内进行强化，主要方法包括：
1. 增加换热面积
通过采用翅片管等方式增加单位长度的换热面积，从而提升整体换热量。该方法适用于载冷剂侧热阻占主导地位的工况。
2. 增加扰流，减小边界层影响
采用螺旋管，或在管道壁面加工出微小流道，可有效增加管内流体扰动，破坏边界层结构，减小热阻，从而提升管内对流换热系数。
四、总结
壳管换热器在载冷剂系统中应用广泛，其换热效率的提升对系统整体能效具有重要意义。无论是载冷剂走壳程还是走管程，均可通过针对性的结构优化实现传热强化。螺旋扭片、螺旋折流板、翅片管、螺旋管及微小流道等技术手段，已在工程实践中展现出良好的应用效果。
冰河冷媒专注于载冷剂研发与应用，致力于为客户提供高效传热冷媒及匹配的换热优化方案，助力工业制冷与热泵系统实现更优运行表现。