换热器设计计算详细过程
列管式换热器设计方案计算过程参考
列管式换热器设计方案计算过程参考
设计换热器的过程一般包括以下几个步骤：确定换热器类型、选择换
热器材质、计算换热面积、计算换热器尺寸、计算流体流量和温度等。
1.确定换热器类型：根据具体的工艺要求、流体性质和换热效率要求，确定使用的换热器类型，如管壳式换热器、管板式换热器、板式换热器等。
2.选择换热器材质：根据流体性质和工艺要求，选择合适的换热器材质，如不锈钢、碳钢、镍及其合金等。
考虑耐腐蚀性、强度和成本等因素。
3.计算换热面积：根据流体的流量、温度和换热传热系数，计算所需
的换热面积。
换热面积的计算可以通过换热器设计软件进行，也可以通过
数学公式计算，例如Q=U*A*(ΔTm)式中的A即为换热面积。
4.计算换热器尺寸：根据换热面积、管子直径和管排布方式，计算换
热器的尺寸，包括换热器的长度、宽度和高度等。
根据需要还可以进行结
构强度校核和模态分析等。
5.计算流体流量和温度：根据工艺要求和热力学计算，确定流体的流
量和温度。
通过质量守恒和能量守恒等原理进行计算，例如根据流体的流
量和温度差，计算冷却液的质量流率和冷却液的温度变化等。
总结起来，设计换热器的过程包括确定换热器类型和材质、计算换热
面积和尺寸，以及计算流体流量和温度等。
根据具体的工艺要求和流体性质，选择合适的设计参数，通过数学计算和换热器设计软件进行计算，最
终得到满足工艺要求的换热器设计方案。
换热器设计步骤
(1)计算定性温度，确定物理常数：管程t ，壳程T 。
密度ρ，比热c p ，粘度µ，导热系数λ，T 壳程 ， t 管程(2)计算对数平均温差，R=1221T T t t -- S=2111t t T t --，Q=W S C PS (T 1-T 2)= W I C Pi (t 2-t 1) 求出冷流体的流量W i (3)修正温差系数t m t t ε∆∆=∆假定总传热系数K, 列管式换热器中的总传热系数K 的经验值(4)下标ｉ、ｏ、ｍ分别表示管内、管外和平均计算所需传热面积，根据传热面积选管径，管长，管心距，确定管根数N t 。
管径和管内流速 选用Φ25×2.5较高级冷拔传热管（碳钢），取管内流速管程数和传热管数 可依据传热管内径和流速确定单程传热管数Ns=24i Vd u π按单程管计算，所需的传热管长度为 L=po sA d n π按单程管设计，传热管长l ，宜采用多管程结构。
根据设计实际情况，采用非标设计，则换热器的管程数为Np=Ll传热管总根数 Nt=Ns*Np(5)计算壳程直径D s ，算出后根据具体情况决定直径D s 。
(6)分别计算管程与壳程的传热系数1.管程传热系数每程管侧的流路面积为A t =πdi2NT/4ntpassG i =Wt/atRe= di GI/µi查壳程传热系数与折流板圆缺关系图查出JH ,计算出hIh i = JHGICPi(cpµ/λ)-2/3(µ/µw)-0.14忽略粘度矫正µ/µw=12.壳程传热系数A．计算理想的管排传热系数hcB.计算JcC.计算JlD.计算JbE.计算JsF.计算hh 0=hcJcJlJbJsJr计算总传热系数核算总传热系数(7)1.计算管程与壳程的压力降p T =pt+pr+pn+pce= Gi 2/2ρ(1.5/ntpass+4FlS/di*1/Φtr+KC+KE+K)ntpassKC =0.3 KE=0.2 K=4 Φtr黏度校正系数Ret﹥2100,为(µ/µw)-0.14；Ret ＜2100，为(µ/µw)0.25 f为摩擦系数Ret﹥2100,为16/Ret；Ret ＜2100，为0.04/Ret0.162.计算壳程压力降BELL法管束中错流部分压力降+折流板缺口窗中压力降+进出口压力降。
列管式换热器的设计与计算
列管式换热器的设计与计算设计步骤如下：第一步：确定换热器的需求首先需要明确换热器的设计参数，包括流体的性质、流量、进出口温度、压力等。
这些参数将在后续的计算中使用。
第二步：选择合适的换热器型号根据设计参数和换热需求，选择合适的列管式换热器型号。
常见的型号包括固定管板式、弹性管板式、钢套铜管式等。
第三步：计算表面积根据流体的热传导计算表面积。
换热器的表面积是根据热传导定律计算得到的，公式为：Q=U×A×ΔT，其中Q为换热量，U为传热系数，A为表面积，ΔT为温差。
根据这个公式，可以计算出所需的表面积。
第四步：确定管子数量和尺寸根据所需的表面积和型号，确定换热器中管子的数量和尺寸。
根据流体的流速和换热需求，计算出每根管子的长度和直径。
第五步：确定管板和管夹的尺寸根据管子的尺寸，确定管板和管夹的尺寸。
管板和管夹是固定管子的重要部分，负责把管子固定在换热器中，保证流体的正常流动。
第六步：确定换热器的材质和厚度根据流体的性质和工作条件，确定换热器的材质和厚度。
常见的材质有不锈钢、碳钢、铜等。
通过计算流体的温度、压力和腐蚀性等参数，选择合适的材质和厚度。
第七步：校核换热器的强度对换热器的强度进行校核。
根据国家相关标准和规范，对换热器的强度进行计算和验证，确保其能够承受工作条件下的压力和温度。
第八步：制定施工方案和图纸根据设计结果，制定换热器的施工方案和详细图纸。
包括换热器的总体布置，管子的连接方式，焊接和安装步骤等。
上述是列管式换热器的设计步骤，下面将介绍列管式换热器的计算方法。
首先，需要计算流体的传热系数。
传热系数的计算包括对流传热系数和管内传热系数两部分。
对于对流传热系数，可以使用已有的经验公式或经验图表进行估算。
对于管内传热系数，可以使用流体的性质和流速等参数进行计算。
其次，根据传热系数和管子的尺寸，计算管子的传热面积。
管子的传热面积可以根据管子的长度和直径进行计算。
然后，根据热传导定律，计算换热器的传热量。
换热器设计计算详细过程资料提纲
ΣΔPo=(Δp1’+Δp2')FsNs
8
管子按正三角形排列no=1.1*（n）^0.5；按正方 no=1.19*（n）^0.5
52.33333333 NB=(L列管长度L/折流板间距-1) 0.015 Ao=h(D-ncdo)
0.116959064 按壳程流通截面积Ao计算的流速
3743.635819
2.5 22.5 92.90592116 K=Q/(S*ΔTm)
ΣΔPi=(Δp1+Δp2)FtNp 0.006283185 Ai=π/4*di2*n/Np 0.721536817 ui=W1/(ρ1*Ai) 17938.43217 Re=ρdu/μ,湍流
0.1 输入值
0.005 计算值
0.035 查摩擦系数与雷诺数和相对粗糙度关系图 3628.637123 Δp1=λ*L/d*ρu2/2 777.5650977 Δp2=3*ρu2/2 12337.36622 ΣΔPi=(Δp1+Δp2)FgNp
mm
折流板圆缺高度占壳体 内径的百分数
%
折流板间距h
mm
折流板数目NB
，被冷却取0.3
表得到 表得到
p2)FtNp
诺数和相对粗糙度关系图 2/2
p2)FgNp
Δp2')FsNs 排列no=1.1*（n）^0.5；按正方形排列
.5 折流板间距-1)
积Ao计算的流速
=5.0Reo^(-0.228)
于10000
9.753848837 0.00984375 A=hD(1-d0/t)
根据管间最大截面积计算的流速 u当0 量直径de
m/s m
ReS
φμ=(μ/μw)^0.14
换热器设计计算范例
换热器设计计算范例换热器是一种用于传递热量的设备，常用于工业生产中的加热、冷却或蒸发等工艺过程中。
在设计换热器时，我们需要考虑的主要参数包括换热面积、传热系数、温度差以及流体性质等。
下面就以一种换热器设计计算范例进行说明。
假设我们需要设计一个管壳式热交换器，用于加热水和空气的热交换。
设计要求如下：1.加热水的进口温度：70℃2.加热水的出口温度：90℃3.空气的进口温度：25℃4.空气的出口温度：50℃5.加热水的流量：10m3/h6.空气的流量：1000m3/h首先，我们需要确定换热面积的大小。
根据传热计算的公式：Q=U×A×ΔT其中，Q为换热量，U为传热系数，A为换热面积，ΔT为温度差。
假设我们的换热器传热系数U为400W/（m2·℃），温度差ΔT为（90-70）=20℃。
根据公式，换热量可以计算为：Q=400×A×20我们将换热量Q设置为加热水的传热量，可得：Q1=400×A×20为了方便计算，我们将流体的热容量乘以流量定义为A1（加热水）和A2（空气）。
可得：Q1=A1×ΔT1代入已知数值，可得：Q1=10×4.186×(90-70)×1000接下来，我们需根据另一组流体参数计算出Q2（空气）。
Q2=A2×ΔT2代入已知数值，可得：Q2=1.005×1000×(50-25)×1000根据Q1、Q2和总换热量的平衡关系：Q1+Q2=400×A×ΔT可得：10×4.186×(90-70)×1000+1.005×1000×(50-25)×1000=400×A×20解得：A=0.523m2根据已知的流量和管道尺寸，可计算出流速。
流速=流量/A代入数值：流速=10/0.523流速=19.1m/s接下来，我们要确定换热器的结构。
换热器设计计算详细过程
换热器设计计算详细过程1.确定换热器的换热负荷和传热系数：首先需要明确换热器所在系统的换热负荷，即所需传热功率。
根据系统的温度差、流体性质、质量流量等参数计算得到传热系数，该系数反映了换热器在给定条件下的传热能力。
2.确定流体入口和出口温度：根据所需的出口温度和流体的性质，可以通过传热方程计算得到流体的入口温度。
同时，需要考虑流体的流速、流态（单相流还是多相流）等因素。
3.选择合适的换热器类型：根据系统的特点和要求，选择合适的换热器类型，如壳管换热器、板式换热器等。
考虑换热器的传热特性、结构特点、施工方便程度等因素。
4.确定换热面积：通过传热方程和传热系数计算得到的换热负荷，可以反推计算出所需的换热面积。
同时还需要考虑换热器的热效率和流体流阻。
5.计算流体质量流量：通过需求传热功率、流体入口和出口温度的关系，可以计算得到流体的质量流率。
同时还需考虑流体的压降和速度等因素。
6.选择换热介质：根据流体的物性参数和流态选择合适的换热介质，如水、蒸汽、油等。
7.根据系统运行条件确定换热器材料：根据流体的性质、温度、压力等参数确定合适的换热器材料，如碳钢、不锈钢、钛合金等。
8.进行换热器的压力损失计算：根据流体的粘度、比热容率、流速等参数计算压力损失，以确保流体能够在换热过程中正常流动。
9.进行换热器的结构设计：根据所选的换热器类型和尺寸，进行换热器结构的设计，包括换热管的布置、壳体的设计等。
10.确定换热器的运行参数：包括换热器的入口温度、出口温度、流量、压力等参数，以便在实际运行中调整和监控换热器的工况。
11.进行换热器的强度计算与选择：根据换热器的运行条件和使用要求，进行强度计算和选择合适的材料和结构，以确保换热器的安全可靠运行。
12.进行换热器的经济性评价：对所设计的换热器进行经济性分析，包括建造成本、维护成本、运行成本等，以确定设计是否经济合理。
热管换热器设计计算及设计说明
热管换热器设计计算及设计说明设计说明书目录1.引言2.设计目标3.设计计算3.1传热需求计算3.2材料选择3.3热管尺寸计算3.4换热面积计算4.设计结果4.1热管尺寸4.2换热面积5.结论1.引言2.设计目标本设计的目标是设计一个能够满足热量传递需求的热管换热器。
具体设计目标如下：-传热效率高，热量损失小；-体积小，重量轻，便于安装和维护；-耐腐蚀，使用寿命长。
3.设计计算3.1传热需求计算根据所需传热功率和热传导方程，可以计算出所需的换热面积。
传热功率的计算公式如下：Q=U*A*ΔT其中，Q为传热功率，U为传热系数，A为换热面积，ΔT为温度差。
根据具体的应用条件和需求，可以确定传热系数和温度差。
3.2材料选择根据工作温度和压力，选择合适的材料用于热管换热器的制造。
常见的材料有不锈钢、铜、铝等。
需要考虑的因素包括材料的导热性能、耐腐蚀性能和成本等。
3.3热管尺寸计算热管的尺寸设计主要包括直径、长度和分段数等。
热管的直径与流体的流量有关，需要根据实际流量计算得出。
热管的长度与传热效果有关，需要根据传热需求和热管材料的导热性能计算得出。
分段数的选择主要考虑热管结构的复杂度和制造成本。
3.4换热面积计算根据传热功率和传热系数，可以计算出所需的换热面积。
换热面积的计算公式如下：A=Q/(U*ΔT)其中，A为换热面积，Q为传热功率，U为传热系数，ΔT为温度差。
根据具体的应用条件和需求，可以确定传热系数和温度差。
4.设计结果4.1热管尺寸根据具体的传热需求和热管材料的导热性能，计算得出热管的直径为XX mm，长度为XX mm，分段数为XX。
4.2换热面积根据传热功率和传热系数，计算得出所需的换热面积为XXm²。
5.结论本设计通过计算得出了一台满足特定条件下的热管换热器的尺寸和换热面积。
这个设计可以满足传热需求，并具有高传热效率、小体积和耐腐蚀等特点。
完整版换热器计算步骤
完整版换热器计算步骤第一步：确定换热器的基本参数在进行换热器计算之前，需要明确换热器的基本参数，包括所需的换热面积、流体质量流量以及进出口温度等。
这些参数将用于后续的计算。
第二步：确定传热系数换热器的传热系数是换热器计算的重要参数，它表示单位面积上传热的能力。
传热系数的计算可以根据换热器类型采用不同的方法，例如，对于壳管式换热器，可以采用Dittus-Boelter公式或Sieder-Tate公式等。
第三步：计算热负荷根据所需的换热量和传热系数，可以计算出热负荷。
热负荷表示单位时间内从一个流体传递给另一个流体的热量。
第四步：计算流体流量通过热负荷和已知的输入输出温度差，可以计算出流体的质量流量。
流体流量对换热器设计有重要影响，要合理确定。
第五步：计算换热面积在确定了热负荷和流体流量之后，可以通过换热器传热系数来计算所需的换热面积。
换热面积越大，换热效果越好，但对于实际应用来说，换热面积也需要在经济和操作上进行合理的限制。
第六步：确定流体速度流体速度对于换热器的设计和操作都有重要影响。
在实际应用中，需要保证流体速度能够使流体在换热器中均匀流动，并且尽量避免过高或过低的速度。
第七步：校核换热器尺寸换热器的尺寸必须满足设计要求和操作要求。
在校核换热器尺寸时，需要考虑到换热面积、流体速度、壳管或管束结构以及换热器的材料等因素。
第八步：确定换热器传热管的数量换热器传热管的数量是换热器计算中的重要参数。
根据已知的流体流量和传热系数，可以计算出所需的传热管数量。
此外，传热管的直径和长度也需要根据实际应用情况进行确定。
第九步：计算换热器的压力损失换热器的压力损失是通过流体流动过程中所发生的阻力造成的。
压力损失的计算涉及到换热器的结构和材料、流体的速度和粘度等因素。
通过计算压力损失，可以为换热器的实际运行提供参考依据。
第十步：优化设计方案根据以上计算结果，可以对换热器的设计方案进行优化。
通过对不同参数进行适当调整，可以得到满足工程要求和经济要求的最佳设计方案。
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正方形斜转45 正三角形、正方形、正方形斜转45度 2 1
管间距
mm
结垢校正因子Ft 管子排列方式对压降的校正因 子F 管程n值
壳程n值
管壁内侧表面污垢热阻
（m2·℃）/K
管壁外侧表面污垢热阻
（m2·℃）/K
换热管壁厚
mm
换热管平均直径
mm
采用此传热面积下的总传热系 数
W/(m2·℃）
换热器形式
壳体直径 D
mm
列管数n
根
列管外径d0
mm
备注 376.83 热流体无相变：Q=W2/3600*Cp2*(T1-T2)； 16250.60 W1=Q/(Cp1*(t2-t1))*3600 49.71 ΔT=((T1-t2)-(T2-t1))/LN((T1-t2)/(T2-t1 #DIV/0! 49.71
ΣΔPi=(Δp1+Δp2)FtNp 0.006283185 Ai=π/4*di2*n/Np 0.721536817 ui=W1/(ρ1*Ai) 17938.43217 Re=ρdu/μ,湍流
0.1 输入值
0.005 计算值
0.035 查摩擦系数与雷诺数和相对粗糙度关系图 3628.637123 Δp1=λ*L/d*ρu2/2 777.5650977 Δp2=3*ρu2/2 12337.36622 ΣΔPi=(Δp1+Δp2)FgNp
32 接近但不小于1.25倍的换热管外径；
1.4 DN25管子取为1.4，对DN19管子取为1.5
0.4
正三角形为0.5，正方形斜转45度为0.4，正方 0.3
0.4
流体被加热取0.4，被冷 却取0.3
0.3 流体被加热取0.4，被冷却取0.3
0.00058 查污垢热阻系数表得到 0.00017 查污垢热阻系数表得到
计算过程&输出结果：
热负荷Q 冷却水流量W1 按逆流计算的传热温差 按并流计算的传热温差 传热温差输出值ΔT 计算温度校正系数 S R
kW kg/h ℃ ℃ ℃
查图得到温度校正系数ψΔT
实际的传热温差ΔTm 初选总传热系数K 换热面积 S
℃ KW/(m2·℃） m2
参照换热面积选取列管换热器 结构参数
管程对流传热系数输出值
W/(m2·℃)
②壳程对流传热系数
Pr—壳程
流体流过管间最大截面积A ㎡
根据管间最大截面积计算的流
速u0
m/s
当量直径de
m
ReS
φμ=(μ/μw)^0.14
壳程对流传热系数as
W/(m2·℃)
③总传热系数 总传热系数k校
W/(m2·℃)
此换热器安全系数 % 合理性判断
cs_tj3
9.753848837 0.00984375 A=hD(1-d0/t)
0.178223336 u0=Vs/A
0.027151892 de=4(t2-π/4d02)/πd0 6195.614142
0.95 对气体取1.0，加热液体取1.05，冷却液体取 563.8014636
324.2192582
248.9758824
壳体内径D
mm
壳体内径圆整
mm
25倍的换热管外径；
折流板圆缺高度占壳 体内径的百分数
%
4，对DN19管子取为1.5
折流板间距h
mm
，正方形斜转45度为0.4，正方形为 折流板数目NB
4，被冷却取0.3
表得到 表得到
Δp2)FtNp p
流
诺数和相对粗糙度关系图 u2/2 Δp2)FgNp
+Δp2')FsNs 排列no=1.1*（n）^0.5；按正方形 n）^0.5 /折流板间距-1)
849.5112828 850.119125
1954.574969 0
5.409990291
管程雷诺数Re0 管程对流传热系数 （湍流） W/(m2·℃)
低黏度湍流
W/(m2·℃)
高黏度湍流
W/(m2·℃)
管程对流传热系数 （滞流） 管程对流传热系数 （过渡 流）
W/(m2·℃) W/(m2·℃)
)/πd0 加热液体取1.05，冷却液体取0.95
.5~12.5，初选的换热器合适。否则
℃ ℃
℃ J/(kg·K) Pa·s W/(m·K) kg/m3
冷却水 壳程流体名称 20 进口温度T1 40 出口温度T2 30 定性温度
4174 比热CP2 0.000801 黏度μ2
0.618 导热系数λ2 995.7 密度ρ2
管程压强降
Pa
30000 壳程压强降 流量W2
备注：比热、粘度、导热系数、密度均为两流体在定性温度（t1+t2)/2和（T1+T2）/2 下的物理性质。
17938.43217 3531.770673 强制湍流,Re0大于10000
低黏度液体（μ1＜2*常温下水的黏度）， 3531.770673 a0=0.023（λ/di）Re0.8Prn 3519.429449 高黏度液体,a0=0.027（λ/di）Re0.8Pr1/3φμ 340.5404362 强制滞留,Re小于2300 3485.069082 过渡流，Re=2300~10000 3531.770673
0
②壳程压强降—S
通过管束中心线的管子数no
折流板数NB
壳程流通面积Ao
m2
壳程流速uo
m/s
Reo
壳程流体摩擦系数fo
流体横过管束的压力降
Pa
流体流过折流板缺口的压强降 Pa
壳程总压力降
Pa
合理性判断
cs_tj2
（2)核算总传热系数
①管程对流传热系数
Pr-管程
ΣΔPo=(Δp1’+Δp2')FsNs
值为固定值 2012 换热器型式与基本参数
种规格
方法二：根据流速经
验值计算换热器内参
数
管道内流体流速
m/s
列管外径
mm
列管内径
mm
计算单程管传热管数 根
104.7611114
0.75 25 20
20
列管长度
mm
选择列管长度
mm
管程数
传热管根数
管子排列方法
形、正方形斜转45度
列管间距
mm
管热器合适 需另设K值
1
备注 的流向，并流为0，逆流为1 0；热流体有相变，1 ，正三角形为0，正方形斜转45度为
壳程流体参数(S)
℃ ℃ ℃ J/(kg·K) Pa·s W/(m·K) kg/m3 Pa kg/h
植物油 140 40 90
2261 0.000742
2.5 22.5
92.90592116 K=Q/(S*ΔTm)
（1）核算压力降 ①管程压强降-P
管程流通面积 Ai
管程流速ui 管程雷诺数Rei 取管壁粗糙度 相对粗糙度 查图求得摩擦系数λ 直管中压力降 Δp1 回弯管压力降Δp2 管程总压力降 ΣΔPi 判断合理性
m2 m/s
mm
Pa Pa Pa cs_tj1
22.58 S=Q/(K*ΔTm )
参照GBT 28712-2012 换热器型式与基本参数
浮头式 300 40 25 管径有25或19两种规格
列管内径di 列管长度L 折流板间距 列管材质及导热系数 设计的换热面积 管子排列方法 管程数Np 串联的壳程数Ns
mm
mm mm W/(m·K) m2
20
积Ao计算的流速
o=5.0Reo^(-0.228)
14374.66241 8000 2 40
正方形斜转45 32
0.85 230.4940984
300
25
75
105.6666667
于10000 1＜2*常温下水的黏度）， i）Re0.8Prn 0.027（λ/di）Re0.8Pr1/3φμ 于2300 0~10000
0.17 S=(t2-t1)/(T1-t1)，冷流体温升/两流体的最 5 R=(T1-T2)/(t2-t1)，热流体温降/冷流体温升 当温度校正系数值小于0.8时，换热器的经济
0.85 合理，此时应增加管程数或壳程数，或者用几 热器串联，必要时可调节温度条件。
42.25 ΔTm=ΔT*ψΔT 395 经验值，假设K值为固定值
管壳式换热器的设计和选用
序号
名称 流体流向 有无相变
单位
输入参数
管程流体参数(P)
数值 1 0
1
备注 换热器中两流体的流向，并流为0，逆流为1 热流体无相变，0；热流体有相变，1 管子的排列方式，正三角形为0，正方形斜转 1，正方形为2
壳程流体参数(S)
流体名称 进口温度t1 出口温度t2 定性温度 比热CP1 黏度μ1 导热系数λ1 密度ρ1
0.172 950
30000 6000
1+T2）/2 下的物理性质。
备注 Q=W2/3600*Cp2*(T1-T2)； 1))*3600 T2-t1))/LN((T1-t2)/(T2-t1))
t1)，冷流体温升/两流体的最初温 t1)，热流体温降/冷流体温升；
值小于0.8时，换热器的经济效益不 加管程数或壳程数，或者用几台换 时可调节温度条件。
8
管子按正三角形排列no=1.1*（n）^0.5；按正 排列no=1.19*（n）^0.5
52.33333333 NB=(L列管长度L/折流板间距-1)
0.015 Ao=h(D-ncdo)
0.116959064 按壳程流通截面积Ao计算的流速
3743.635819
0.766053436 当Re＞500时，fo=5.0Reo^(-0.228)