用波纹管代替光滑直管制成的波纹管换热器,其传热效率可提高2～4倍,这种高效换热器还具有不易结垢、温差应力小等优点。然而,由于波纹管是由薄壁(壁厚为05～10ｍｍ)光滑管加工而成,成型后其应力状态复杂化。其管束的强度和刚度都与光滑管有很大差别,致使这种换热器的管束和管板的应力分析困难。由于管束和管板强度问题没有解决,使得这种高效设备的应用范围受到限制,同时也有安全隐患。为使这种高效节能产品能应用于石油、化工等更广泛的工业领域,对波纹管换热器进行强度研究,建立相应的设计标准是非常必要的。
波纹换热管设计
光滑管通过胀型成型为波纹管后，由于残余应力和局部应力集中现象的存在，波纹管的承载能力远低于相应的光管(即管坯)。相应波纹管的轴向刚度和稳定性也大大降低。标准案例第3条中给出了波纹管的许用内压力、许用外压力、轴向刚度和临界压力的计算公式，这些公式是根据试验和理论分析整理而成。
波纹换热管的许用内压力
对于波纹管各部位的应力进行详细计算，目前仍在研究之中。在内压作用下的应力分布状态已通过应力测试方法进行了大量的试验测定，同时进行了爆破试验，爆破压力的实际值与相应管坯按中径公式计算的理论值较为接近，且实测值大于理论值。
波纹换热管许用外压力
管壳式换热器中的管子同时承受管程和壳程的压力，所以对于管子承受外压的稳定性能也要考虑。波纹管多数呈波节形状，即由一直段和球面波峰部分组成。直段部分刚性远小于波峰部分，试验也证明波纹管受外压时直边部分首先失稳。对整根波纹管来讲可视为承受外压的圆筒，波峰部分相当于刚性构件。这样，管子承受外压的计算长度就大大地减小了，标准案例中取单根管中最大波距作为计算长度是偏于安全的。根据工程实践经验和试验研究，标准案例引用了GB150中第六章的外压圆筒的设计计算方法。
由于波纹管在其管壁形成波纹，大大提高流体的紊流强度，不断改变流体的流速和流动方向，破坏底层的层流，改变介质边界层的流动状态，从管壁表面到主流之间的温度梯度被破坏或消除，因而大大提高管内外的对流换热系数，而且在较低流速下，即可达到紊流速度。同时管壁很薄，一般波纹管壁厚在0.5～0.8mm之间，因而管壁内温度梯度很大，热阻很小，所以波纹管总传热系数值较高。
