常规型管板设计：这种双管板中，两管板安装时中间留有小的间隙，间隙通常与大气相通，有时焊接一块薄板防止脏物进入，或者焊接一个膨胀节，顶端有一通风口，底部有一出口。
选择材质时，外管板的材质要与管侧流体兼容，内管板的材质要与壳侧流体兼容，还要特别注意两管板不同的径向膨胀可能会压迫管子。双管板的板间距lg的表达方式是Urgami等复杂分析的一个特例，在工业上广泛应用。该表达式为：
lg＝1.5Etdδ/St（12‐3）
式中δ——管子的斜偏量，（mm），可由下式给出：
δ＝Dotll/2αh（Th－Tamb）－αc（TC－Tamb）（12‐4）
式中 d——管外直径，单位英寸mm；
Et——管子的杨氏弹性模量，Pa；
Dotl——最外圈管子外边缘限的半径，mm；
Tamb——换热器装配温度，℃；
TC——冷侧管板温度，℃；
Th——热侧管板温度，℃；
αc——冷侧管板的热膨胀系数，mm/（mm·℃）；
αh——热侧管板的热膨胀系数，mm/（mm·℃）；
St——管子的许用应力，Pa。
（3）双管板的缺点
在工程实践中，使用双管板存在以下缺点：
①浪费管子表面积；
②由于钻孔需要特定的设备，增加了加工制造费用；
③差位径向膨胀。为了防止弯曲应力和剪切应力就限制了管板之间间隙的大小，间隙过小会导致最外圈的管子在管板面上被剪切。
④差位轴向膨胀。
（4）管束
管束由管子、折流板、管板、定距管、拉杆、纵向折流板等装配而成。定距管、拉杆用来保持折流板之间间距。管子固定成管束，折流板用定距管和拉杆固定在合适的位置上。折流板之间的定距管固定在拉杆上，拉杆和定距管用作密封装置防止壳体和管束之间的空隙内旁路流动。
（5）壳体
选用不同材料制造成很多种不同的标准尺寸大小和厚度的冷却器壳体。小尺寸的壳体通常用标准尺寸的管子加工而成，大尺寸的壳体则用平板卷合而成。用于壳体的费用要远比管子的花费高，因此设计人员在设计时一般只使用一个壳体来满足要求的换热面积。
5.管内流动的分程
变压器油在管内最简单的流动方式是从变压器热油端进入，然后经冷却器冷却后再流入变压器内，即所谓的”单程”。为了提高流体在管内的冷却效果，增大传热膜系数，就须增加管侧的回程数。管侧流道的回程数取决于压降，尽管管内较高的流速可以提高传热膜系数，但要消耗较大的压降。Larowski等建议管侧分程遵循以下几点：
①管侧两相流，最好使用单根直管或U形管；
②如果壳侧传热膜系数显着低于管侧，如果以管侧的高压降为代价提高管侧的传热膜系数，则这对总传热系数益处不佳。
（1）管侧程数
管侧的程数一般为单程或双程，标准设计有单程、双程两种，实际上可用的最大程数为16程。管侧的最大程数取决于制造工人能否在可用的空隙内将分程隔板、螺栓和法兰等安装好，以防止管内流体各程之间的泄漏。对于多程流道，程数一般为偶数，奇数管程很少用，奇数管程可能会导致制造和操作时出现机械和热力方面的问题。封头内用来分隔各程的平板叫做分程隔板。分程隔板的形状可以是直的，也可以是波纹肋状的。
对于不同类型的换热器，程数有一定限制，归纳如下：
①固定管板式换热器，可以有任何树木的管侧程数，奇数和偶数都可以。对于多程结构，分程隔板装入前封头和后封头。
②U形管冷却器，最少两分程，可以为任何偶数程数，分程隔板装入前封头。
③管侧两相流，最好采用单程或U形管以避免不均匀分布造成的传热不均匀。
（2）壳侧流程
高效冷却器壳程必须设计成多程。采用纵向折流板可将壳侧分为多程，但是，与单壳程相比，采用纵向折流板的多壳程会降低每程的流动面积，该缺点可以通过壳体串联来克服，也相当于壳侧多流程。对于两股流体总体上是逆流的情况，随着壳程数增加到无穷大（实际上四程以上），其效果接近于一台纯逆流的换热器。
6.其他组件
由于壳侧流体与管侧流体温度不同，管侧和壳侧的膨胀程度也不同。如果温差大，则热膨胀差也变大，壳体和管束的热应力就会随着增大，在水冷却器中，可在壳体上安装膨胀节来克服热膨胀问题，在设计时应予以考虑。
（1）排液口和排气口
所有换热器都要设置排液口和排气口，因此，须确定排液口和排气口的合适位置和大小。可能还需设置其他的气孔，以供安装压力表和热电偶等使用。
（2）接管和撞击保护
流体通过接管进出冷却器，这些接管横截面相等，焊接在壳体和管道上。接管的大小必须合适，管束有部分会挡住孔隙。当高速流体进入壳体时，需要撞击保护装置防止管子冲蚀和振动。撞击保护装置的形式包括：①防冲板，②防冲杆；③环形分布器。
接管的最小尺寸：Gollin给出了一个计算接管最小内径的方法，该方法适用于不同流体进入和离开换热器的情形.接管的实际尺寸取决于压力、材质、腐蚀以及传热器大小等因素。
12.2水冷却器结构类型
在选择机械设备中使用两股流体间进行有效热高换并考虑防止流体间的泄漏等实际情况，应该注意以下四个方面：
①管侧和壳侧不同的热膨胀；
②流体流径管道的导向方式；
③控制流体流过管道的方法；
④维修和使用简单性。
设计冷却器时都要考虑这四个最基本的原则，通用水冷却器可分为：a固定管板式冷却器；bU形管式冷却器。
1.固定管板式冷却器
这是使用最为广泛的一类冷却器，固定管板式冷却器采用直管，直管两端固定在管板上，管板牢固地焊接在壳体上。因此，这种换热器中垫圈使用最少，从而无需太多维护。
热应力过大时应该调整管侧和壳侧的热膨胀差。固定管板式冷却器可以设计成逆流1－1型（即单壳程单管程），也可设计成多管程，其中三程和五程规定用于管侧，进出口分别在两端。
2.U形管冷却器
在这种结构的冷却器中，管束和每根管子可以自由膨胀，管束可以移动。
3.水冷却器壳体类型
TEMA标准中规定了七种类型的壳体，分别是：
（1）单程壳体；
（2）带纵向折流板的双程壳体；
（3）G分流；
（4）双分流；
（5）J分流；
（6）卡特型再沸器；
（7）错流。
下面分别简要介绍各种壳体。
（1）E型壳体：由于其廉价、简单和制造容易，E型壳体最常用。
它为单壳程，壳侧流体在壳体相反的两端分别进入和离开接管。管侧可分为单程或多程，管子由横向折流板支承。这种壳体对壳侧单相流体来说最为常用。
（2）F型壳体：双壳程的F型壳体通常都用双管程。
因此流动方式为逆流，F因子为1.0，这是因为F型壳体在壳侧有纵向折流板。进口接管和出口接管位于同一端。传递热量多于E型壳体，但压降更大。尽管这是一种理想的流动方式，但很少采用，因为壳侧纵向折流板带来很多问题，其主要原因为：
①由于壳侧二流道间存在温度梯度，经过纵向隔板有热传导存在；②如果纵向隔板不是连续焊接在壳体上，或壳体和纵向隔板之间的密封不太好，会有流体从高压侧第一层泄漏到低压侧第二层。
这两个因素都会降低平均温差和传热效率。折流板的焊接结构有两个缺点：不能抽出管束进行清洗和检查。因此，如需要提高平均温差，采用多个壳体串联要比使用F型壳体好。
（3）G型壳体：这种换热器带有一个纵向隔板，进口接管和出口接管位于壳体中央。
壳侧流体从换热器中部进入后分为两股，因此叫做“分流”。可能的流动方式如G。
（4）H型壳体：类似于G型壳体，但有两个进口接管、两个出口接管，以及两个水平隔板，因为为双分流单元。当压降受到限制时采用这种壳体。可能的流到方式为H和H。H型接近于X型壳体的错流形式，与E、F和G型壳体相比，通常有较低的壳侧压降。
（5）J型壳体：J分流壳体有两个进口一个出口接管和一个进口两个出口接管（即一个接管在中央，两个接管在管两端）。对于一个进口在中央的情形，壳侧流体在换热器的中部进入然后分为两股，以纵向沿换热器的长度方向流动，从换热器两端的出口接管流出。可能的流道方式为单壳程，管程数可为一、二、四、N（偶数）或无穷大。采用J型壳体时壳侧流体速度为E型的一半，从而压降只有E型的约1/8。
12.3水冷却器设计方法
1.壳侧流动方式
折流板管壳式冷却器中，在壳侧因为一部分流体通过事先设计的各种空隙绕过管束而流动，流动非常复杂，绕流的另一原因是折流板底部设计了排液的槽口。由于一定的制造公差允许排液，这时通常不需用到槽口排液。为了获得较好的壳侧传热效果，必须减少流体的绕流。管束与壳体之间的绕流空隙大，如果管束和壳体的直径空隙超过大约30mm，则首先考虑使用密封条。但是固定管板式换热器和U形管换热器通常不需要密封条。尽可能使管束意指折流板圆形管束，管子与折流体之间、折流板与壳体之间，外圈管束与壳体之间都没有间隙，所有的流体必须横掠管束。在实际管束中，根据流过壳侧通道时流阻的不同，壳侧流体流动分为很多股。该流动模型最初由Tinker提出，后来Palen等做了修改后用于折流板换热器。
流路A：折流板管孔和管壁之间的间隙形成的小孔的泄漏流。这股流动由于折流板侧的压差造成。由于环形间隙内的传热系数非常高，这股流动是全效的。
流路B：横掠管束的流动。这股流动被认为是对传热和压降来说最有效的。
流路C：管束和壳壁之间间隙内的管束旁路流，在连续的折流板缺口流动。这股流动只有在接近管束周围与管壁接触时才有一点传热效果。
流路E：折流板边缘和壳壁之间的泄漏流。这股流动的传热效果最差，尤其是层流，因为没有流体与管壁接触。
流路F：由于管程分隔所少排的管子而形成的流道中的旁路流。这股流动因为流动时接触的单位体积的管子传热面积比A少，所以比流路A的传热效果差，但比流路C略好。
（1）各股流路的流动分率
各股流路占总流动一定的流动分率，因此各股流动的总压降相等。每股流动的摩擦阻力不同，传热效果也不相同，正如稍前所述。管壳式折流板换热器的设计应该让大部分流动（约80%比较理想）为流路B中情形。但是，实际上很少达到这种情况。折流板间距小，流路B的压降会增高，更多的流体会进入流路A、流路B和流路E。
Palen等基于实验数据得出了各股流路的流动分率，即使设计良好，横掠流在湍急总流动中所占的比例也只有65%，因此基于传统的LMTD方法预测的传热性能一般不太准确，从而对于不同设计的换热器没有必要计算精确的F因子。如果流路B的计算值低于实际值，应该检查折流板中的几何结构和其他各种孔隙。
（2）壳侧性能
许多研究折研究过壳侧的传热性能，其中最早研究的是Tinker，可能最为广泛接受和认可的研究室Bell－Delaware方法。最初的方法后来被Bell修正，Taborek也做过其他修正和改进。Bell‐Delaware方法用于计算理想管束，即没有任何泄漏和旁路管束的传热与流阻性能，然后对各种泄露和旁路流动的影响进行计算，修正理想管束的传热和压降。一些组织，例如传热研究公司（Heat Transfer Research，Incororated，HTRI）和传热与流体流动服务中心（Heat Transfer and Fluid Flow Services，HTFS）等也提出了其他的一些方法，这些方法的使用一般受到这些组织成员的限制。不过可以使用B－Jac等个人编制的程序。
2.管壳式冷却器的尺寸确定
（1）水冷却器设计的要点：
①接受TEMA的制造孔隙和公差，并在制造过程中执行这些标准；
②这流板切口率20%；
③折流板缺口不排管以减少流动诱发振动造成的破坏；
④计算在清洁条件下的传热性能和最污浊条件下的压降性能；
⑤折流板板间距与壳体直径之比在0.2－1.0之间，折流板间距大大超过壳体直径的情形必须计算；
⑥壳侧纵向隔板与壳体焊接相连，密封充分。
（2）确定合适的换热器
设计一台冷却器时需考虑的各种因素和问题国外资料Gutterman已经列出，其中的部分内容作为参考如下：
①冷却器的类型，即沸腾、冷凝还是单相传热；
②换热器有两侧，哪侧走冷流体；
③粘稠流体应该走壳程以获得较好的传热效果；
④通常让高压流体走管程以减少壳体厚度；
⑤设计压力和设计温度要考虑潜在的和可能的情况；
⑥管侧和壳侧的分程是否能获得最好的传热效果；
⑦是否考虑了管子的尺寸和厚度；
⑧管侧和壳侧可接受的压降为多少？泵的费用和设备的初期费用之和是否最低？
⑨是否考虑了最优的允许压降以获得最好的传热效果；
⑩管侧和壳侧的速度是否足够高，从而以获得较好的传热效果和减少结垢，并且低于管侧的腐蚀限制与壳侧的冲击和流动诱发振动；
⑾是否考虑了接管的尺寸大小和足够的留空区，接管的位置是否与管子的布局一致；
