1）换热系数α的计算
要求解对流换热系数α，必须确定螺旋板式热交换器流道中达到湍流时的临界雷诺数Rec。鉴于通道的弯曲率、通道内定距柱的数量及排列会对Rec产生很大影响，很难确定准确的Rec，给正确计算α值带来一定的困难。根据国内一些单位对一些公式的使用和测试结果的比较，认为Rec=6000较为合理。我们推荐下列公式供读者计算α时选用。
（1）湍流时（Re＞6000）
式中 m（指数）——流体被加热时，m=0.4；流体被冷却时，m=0.3；
de——当量直径，m；
；
He——螺旋板有效宽度，m；
b——通道间距，m；
Dm——螺旋通道平均直径，m；
；
D——螺旋体的外直径，m；
d——螺旋体的内直径，m；
λ——流体的导热系数，W/（m2·℃）。
我国工程计算中，对于液体螺旋流最常运用的公式为
式中指数n，当液体被加热时取0.4；被冷却时取0.3。
（2）层流时（Re＜2000）
式中 lt——螺旋通道长，m；
M——质量流速，kg/（m2·s）。
（3）过渡流至湍流（Re＞1000）
当Re＞30000时，式中
的影响可忽略。
（4）蒸汽冷凝时
螺旋板式换热器作为冷凝器时通常都为立式安装，故凝结换热系数在Re=4Γ/μl＜2100范围内可按努塞尔理论公式的实验修正式计算：
式中 Γ——单位通道长的凝液量，kg/（s·m），Γ=M/2lt；
M——质量流率，kg/s；
ρl——凝液密度，kg/m3；
λl——凝液导热系数，W/（m·℃）；
μl——凝液动力黏度，kg/（s·m）。
当4Γ/μl＞2100时，可用图3.4来求取凝结换热系数。
图3.4 凝结换热系数计算曲线
如果用于冷凝时为卧式安装，凝结换热系数的计算可参阅参考文献[18]。
（5）蒸汽冷凝-冷却时
当螺旋板式热交换器作为冷凝器工作时，常会发生凝液过冷的情况，使其实际成为一台冷凝冷却器。过冷段的换热系数可用下式计算：
该式适用于Re1＜2100时。
（6）沸腾传热时
核态沸腾时，沸腾换热系数用下式计算：
式中 Cs——传热表面状态系数，传热板用铜或铁时，Cs=1.0；用不锈钢板时，Cs=0.7；
σ——沸腾液体的表面张力，N/m。
2）传热系数K的计算
螺旋板式热交换器的传热板片很薄，在计算传热系数时可不考虑传热板内外侧面积的影响，因而，传热系数K的计算式为
式中 Ri——板片内、外侧垢层热阻，m2·℃/W。
3）流体压降的计算
螺旋板式换热器的总阻力可分解为三部分：弯曲通道的阻力，定距柱的影响及进出口的局部阻力，故总的压降对于介质为液体时可相应的表达为如下式的三部分之和，即
式中，ns——定距柱密度，个/m2。该式的适用范围为Re=5000～44000，ns=116～232。
对于蒸汽，轴向流动冷凝时，可用下式计算其压降：
式中，G——流体的质量流速，kg/（m2·s）。
蒸汽螺旋向流动冷凝时，压降的计算式为
4）换热面积及螺旋通道几何尺寸的计算
（1）螺旋体的绘制
按标准选定通道宽及板厚（宜先进行强度计算），即可确定节距。设两流体的通道宽不等（两侧通道宽度相等只是它的特例），分别为b1、b2，板厚均为δ，则节距分别为t1=b1+δ和t2=b2+δ。卷辊直径由卷制螺旋板的卷床设备所决定，对不等通道而言，半卷辊的直径分别为d1、d2，则中心隔板宽B=d1-b1+δ=d2-b2+δ。
以中心隔板为基本零件画水平及垂直中心线，确定中心点。在中心点的垂直中心线上、下分别取离中心点距离为t2/2、t1/2的两个圆心。先以下圆心为中心，以r1等于d1/2和（d1/2+δ）为半径，画出壁厚为δ的第一圈的左半圆。再以上圆心为中心，以[r1+（t1+t2）/2]及[r1+（t1+t2）/2+δ]为半径，画出壁厚为δ的右半圆。接着又以下圆心为中心，以[r1+（t1+t2）]及[r1+（t1+t2）+δ]为半径，画第二圈的左半圆。如此交替地取圆心，每半圈的圆半径增量均为（t1+t2）/2及[（t1+t2）/2+δ]，直画至到达外直径D为止。依此类推，另一块螺旋板也是同样画法，所不同的仅是以r2=d2/2代替r1，由此最终就构成了通道宽为b1、b2，壁厚为δ的螺旋体。
（2）螺旋板长度计算[17]
在图3.5中的垂直中心线上将螺旋体左右分开，分别计算半圆周长后再相加，并设c=（b1+b2+2δ）。
①中心线左侧
基准半圆直径为d1、半径为r1，并按螺旋板中径计算。设内侧螺旋圈数为n，则内侧螺旋板的长度li，l为
图3.5 不等通道螺旋体
外侧螺旋板长度lo，l为
②中心线右侧
基准半圆直径为d2、半径为r2，长度仍按螺旋板中径计算。
外侧螺旋板的最外圈数为N=n+1，故外侧螺旋板长度lo，r为
内侧螺旋板长度li，r为
③内侧螺旋板总长度li
④外侧螺旋板总长度lo
lo=lo,l+lo,r(www.xing528.com)
因N=（n+1），整理后得
⑤外侧螺旋板有效长度lo，e
当无外壳时，外侧螺旋板最外圈不能完全起到传热作用，所以
如以直径较小的基准半圆（即d1）起始的螺旋板作为螺旋板式热交换器的外侧板，则可得到与上式相同形式的计算式。
（3）螺旋体的有效圈数ne
可由式（3.12）求得。变换式（3.12）为
（4）螺旋体的最大外径D
当以d2为基准半圆直径绕出的螺旋板作为外侧板时，螺旋板热交换器的最大外径为
当以d1为基准半圆直径绕出的螺旋板作为外侧板时，则
实际上，每块螺旋板的有效长度le应根据传热要求计算得到：
式中 F——传热面积，m2；
He——螺旋板有效宽度，m。
将由上式求得的le作为内侧螺旋板的总长度li代入式（3.15）中，可求得相应的ne，再将ne取为稍大的半数或整数（如，求得ne=10.36，取ne=10.5；如ne=13.65，取ne=14），就得到内侧螺旋板的实际圈数。再由式（3.12）求得与此圈数相应的内侧螺旋板的实际下料尺寸。对于外侧螺旋板，可由式（3.13）求得相应的实际下料尺寸。
下面给出一设计计算示例。
[例3.1] 试设计一台螺旋板式热交换器，将质量流量3000kg/h的煤油从
冷却到
。冷却水入口温度
，冷却水量为M2=15m3/h。
[解]
①煤油的热物性参数值
煤油的平均温度按卡路里温度计算，即
70℃。查得煤油在70℃时的物性参数值：
黏度 μ1=10.0×10-4kg/（m·s），导热系数 λ1=0.14W/（m·℃），
比热 cp1=2.22×103J/（kg·℃），密度 ρ1=825kg/m3。
②传热量Q
③冷却水出口温度
由 
，得
④冷却水的热物性参数值
冷却水的平均温度
，冷却水在该温度下的热物性参数值为：
黏度 μ2=7.22×10-4kg/（m·s），导热系数 λ2=0.627W/（m·℃），
比热 cp2=4.18×103J/（kg·℃），密度 ρ2=994kg/m3。
⑤选型
由于是液-液热交换，选Ⅰ型。
⑥流道的当量直径de
选取在流道中的流速，冷却水侧为w2=0.5m/s，煤油侧为w1=0.4m/s。设冷却水侧的流通截面积为A2，煤油侧为A1，则
取螺旋板宽H=0.6m，则去除封条宽厚的有效板宽He=H-2×0.1=0.58m。通道宽b2（水侧）和b1（煤油侧）为
查产品样本取b2=15mm，b1=5mm
通道的当量直径de2（水侧）和de1（煤油侧）为：
⑦雷诺数Re及普朗特数Pr（下标2为水侧，1为煤油侧的值，下同）
⑧对流换热系数α
由式（3.2）得，
⑨传热系数K
因介质是水和煤油，故取材质为A3卷筒钢板，厚δ=4mm，其导热系数λ=46.5W/（m·℃），两侧污垢热阻取R1=R2=0.0000017m2·℃/W，则
⑩对数平均温差Δtlm
⑪传热面积F
⑫每块螺旋板有效长度le
⑬螺旋板圈数及下料尺寸
设d2=200mm，c=b1+b2+2δ=5+15+2×4=28mm，则
d1=d2-(b2-b1)=200-(15-5)=190mm
由式（3.15）得螺旋体的有效圈度ne为
取有效圈数ne=7，此即为内侧螺旋板的实际圈数。由式（3.12）得内侧螺旋板的下料尺寸为
由式（3.13）得外侧螺旋板的下料尺寸为
⑭热交换器外径D
由式（3.16）得
D=d2+2nc+2δ=200+2×28×8+2×4=600mm
⑮压降
由式（3.10）得
煤油侧
冷却水侧
因两侧压降均不足1工程大气压，在工程上一般的允许范围内，故本热力设计符合要求。
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