螺旋盤管式換熱器作為一種高效緊湊的傳熱設備，近年來在能源、化工、暖通空調等領域得到廣泛應用。其獨特的螺旋結構設計不僅優(yōu)化了傳熱性能，還顯著改善了流動特性，成為傳統(tǒng)換熱器的重要替代方案。

一、結構與工作原理

螺旋盤管式換熱器由多根螺旋形盤管繞制在同一軸心上構成，冷熱流體分別從內外側或上下部流經盤管間隙。螺旋結構通過增大換熱面積（可達傳統(tǒng)殼管式換熱器的3-5倍）并形成復雜流動路徑，實現了強化傳熱。當流體通過時，受離心力和科里奧利效應影響，產生強烈的湍流，破壞邊界層發(fā)展，傳熱系數提升至800-1200 W/(m?·K)，遠高于普通管殼式換熱器。

二、傳熱特性分析

實驗研究表明，該換熱器的傳熱性能受三個關鍵因素影響：

螺距與盤管直徑比：當螺距與管徑比為2:1時，傳熱效率達到峰值，此時流體剪切力最大，湍流程度最優(yōu)。

入口流速：在2-4 m/s范圍內，傳熱系數隨流速線性增長，但壓降增幅較小，具有最佳性價比。

流體物性：黏度較低的流體（如水）相比高黏度介質（如油）可獲得更高的傳熱速率，溫差驅動型應用更具優(yōu)勢。

數值模擬顯示，螺旋結構內部存在明顯的二次流現象，冷熱流體在軸向與徑向形成三維混合，有效緩解了傳統(tǒng)換熱器的熱應力集中問題。在50℃溫差工況下，其平均傳熱溫差可降低至15℃，節(jié)能效果顯著。

三、流動特性優(yōu)化

通過CFD仿真對比發(fā)現，螺旋盤管式換熱器具有以下流動優(yōu)勢：

壓降分布均勻：相較于直管式換熱器，壓降降低約40%，且沿流動方向變化幅度小于10%。

抗污能力強：螺旋通道的自清潔效應使結垢率減少60%以上，在含固體顆粒的工況中表現優(yōu)異。

流動穩(wěn)定性高：雷諾數下限提升至5000（傳統(tǒng)設備為2000），低流量時仍保持穩(wěn)定傳熱。

四、工程應用與挑戰(zhàn)

該換熱器已成功應用于數據中心液冷系統(tǒng)（實現PUE值≤1.15）、LNG低溫換熱（甲烷傳熱系數達1500 W/(m?·K)）及余熱回收領域。然而，高溫（>300℃）工況下的材料蠕變變形仍是制約因素，目前鈦合金內襯技術可將耐溫極限提升至450℃。