
缠绕螺旋热交换器的基本结构和工作原理
发布时间:2025-11-17 14:37 缠绕螺旋热交换器是一种高效、紧凑型的间壁式换热设备,其核心特点是换热管以螺旋方式密集缠绕在圆筒形壳体内,冷热流体在管内外逆向流动,实现高效传热。它广泛应用于制药、生物工程、食品饮料、精细化工、HVAC及新能源(如LNG、氢能)等领域,尤其适合温差大、压力高、洁净度要求高或有热敏性物料的场合。接下来主要介绍缠绕螺旋热交换器的基本结构和工作原理。
一、基本结构
1.壳体:通常为立式或卧式圆筒形压力容器;
2.换热管:多根小直径不锈钢管(如Φ8–12 mm)以同心螺旋方式层层缠绕在芯筒或支撑架上;
3.管程进出口:位于壳体顶部或底部,通过集液管连接所有螺旋管;
4.壳程进出口:一般设在壳体侧壁,冷热流体沿轴向或螺旋路径流动;
5.全不锈钢焊接结构:无垫片、无法兰连接,杜绝泄漏风险。
二、工作原理
缠绕螺旋热交换器的核心传热机制基于以下几点:
1.全逆流换热
冷热流体在管内与壳侧呈完全逆向流动(例如:热流体从顶部进入管程向下流动,冷流体从底部进入壳程向上流动)。
→优势:可实现最小端部温差(低至1–3℃),远优于传统列管式换热器(通常≥10℃),显著提升热回收效率。
2.螺旋流动增强扰动
管内流体因螺旋路径产生离心力和二次流(Dean涡),破坏边界层,强化对流传热;
壳程流体在螺旋管束间隙中也被迫形成螺旋或交叉流动,增加湍流度;→结果:传热系数比普通列管式高2–4倍,可达2000–6000 W/m2·K(水-水工况)。
3.均匀温度分布与低热应力
螺旋结构使温度梯度沿轴向平缓变化;
全焊接柔性结构能自动补偿热膨胀,无需膨胀节;→优势:适用于大温差(如-196℃至+400℃)、频繁启停或热冲击工况。
4.自清洁与防堵塞
小管径+高流速+螺旋离心力有助于冲刷管壁;
无死角、无滞留区,特别适合含微粒或易结垢流体(如发酵液、果汁、中药提取液)。
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