不同材料的机械性能直接影响结构强度与壁厚设计，例如，碳钢具有较高的强度和较低的成本，常用于一般工况下的壳管式换热器；但耐腐蚀性较差，若用于含氯离子或酸性介质环境，则需增加防腐涂层或牺牲阳极，这会改变原有结构布局，相比之下，不锈钢（如304、316L）虽成本较高，但具备优异的抗腐蚀性和良好的高温强度，可减少壁厚并简化支撑结构，从而优化整体紧凑性。
材料的导热系数决定了传热效率，进而影响换热面积与流道布置，铜和铝拥有极高的导热率，常用于板式或翅片式换热器，使设备体积更小、效率更高；但它们的机械强度较低，难以承受高压，因此在高压系统中往往需要额外加强筋或框架支撑，增加了结构复杂度，而钛材虽然价格昂贵，却兼具高耐蚀性与适中的导热性能，特别适用于海水淡化或强腐蚀化工流程，结构设计通常采用薄壁管束以大化传热效率，同时依赖精密焊接工艺确保密封性。
材料的热膨胀系数也对结构连接方式提出要求，例如，在高温差工况下，若壳体与管束材料热膨胀不一致，易产生热应力导致泄漏或变形，因此，设计师常采用U型管、浮头式或波纹补偿结构来缓解应力，这些方案都源于对材料热物理特性的深入理解。
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