1 热交换器的热基本计算
板式换热器换热量的计算
板式换热器例题1、换热器换热量的计算w t Gc Q 1046750)2065(4187360020000=-⨯⨯=∆= 2、外网进入热水供应用户的水流量s kg t c Q G /10)7095(418710467500=-=∆= 3、加热水的流通断面积换热器内水的流速取0.1～0.5m/s 。
加热水的平均温度为（95＋70）/2＝82.5℃，该温度下水的密度为970.2kg/m 3。
200206.02.9705.010m w G f r r r =⨯==ρ 4、被加热水的流通断面积换热器内水的流速取0.1～0.5m/s 。
被加热水的平均温度为（65＋20）/2＝42.5℃，该温度下水的密度为991.2kg/m 3。
201868.02.9913.0360020000m w G f l l l =⨯⨯==ρ 5、选型初选BR12型板式换热器，单片换热面积为0.12m 2/片，单通道流通断面积为0.72×10－3。
6、实际流速加热水流道数为281072.00206.03=⨯==-d r r f f n 被加热水流道数为261072.001868.03=⨯==-d l l f f n 取流道数为28。
加热水实际流速s m f n G w r d r r /5.02.9701072.0281030=⨯⨯⨯==-ρ 被加热水实际流速s m f n Gw l d l l /28.02.9911072.02856.53=⨯⨯⨯==-ρ 7、传热系数查图知传热系数为3600w/m 2.K 。
8、传热温差()()()()℃396595207065952070)()()()(11221122=-----=-----=∆In t t In t t t p ττττ 9、传热面积246.73936001046750m t K Q F p =⨯=∆= 10、需要的片数6212.046.7===d F F N 11、实际片数考虑一个富裕量。
换热器基础知识.
换热器基础知识简单计算板式换热器板片面积选用板式换热器就是要选择板片的面积的简单方法：Q=K×F×Δt，Q——热负荷K——传热系数F——换热面积Δt——传热对数温差传热系数取决于换热器自身的结构，每个不同流道的板片，都有自身的经验公式，如果不严格的话，可以取2000~3000。
最后算出的板换的面积要乘以一定的系数如1.2。
换热器的分类与结构形式换热器作为传热设备被广泛用于耗能用量大的领域。
随着节能技术的飞速发展，换热器的种类越来越多。
适用于不同介质、不同工况、不同温度、不同压力的换热器，结构型式也不同，换热器的具体分类如下：一、换热器按传热原理可分为：1、表面式换热器表面式换热器是温度不同的两种流体在被壁面分开的空间里流动，通过壁面的导热和流体在壁表面对流，两种流体之间进行换热。
表面式换热器有管壳式、套管式和其他型式的换热器。
2、蓄热式换热器蓄热式换热器通过固体物质构成的蓄热体，把热量从高温流体传递给低温流体，热介质先通过加热固体物质达到一定温度后，冷介质再通过固体物质被加热，使之达到热量传递的目的。
蓄热式换热器有旋转式、阀门切换式等。
3、流体连接间接式换热器流体连接间接式换热器，是把两个表面式换热器由在其中循环的热载体连接起来的换热器，热载体在高温流体换热器和低温流体之间循环，在高温流体接受热量，在低温流体换热器把热量释放给低温流体。
4、直接接触式换热器直接接触式换热器是两种流体直接接触进行换热的设备，例如，冷水塔、气体冷凝器等。
二、换热器按用途分为：1、加热器加热器是把流体加热到必要的温度，但加热流体没有发生相的变化。
2、预热器预热器预先加热流体，为工序操作提供标准的工艺参数。
3、过热器过热器用于把流体(工艺气或蒸汽)加热到过热状态。
4、蒸发器蒸发器用于加热流体，达到沸点以上温度，使其流体蒸发，一般有相的变化。
三、按换热器的结构可分为：可分为：浮头式换热器、固定管板式换热器、U形管板换热器、板式换热器等。
第1章热交换器热计算的基本原理资料
§1.2 平均温差
我们可以将对数平均温 差写成如下统一形式
t max t min t m t max ln t min
顺流和逆流的区别在于：
顺流：
逆流：
t2 t t1
t2 t t1
t2 t t1 t1 t t1
§1.2 平均温差
变比热时的平均温差
推导对数平均温差时，进行了定比热的假设，实际情况几乎不存 在，需提供变比热时的平均温差计算公式。 已知 c f (t ) ，则根据 Q M t cdt 作出 Q-t 图； 将 Q-t 曲线进行分段，每段近似取为直线关系，并求出出相应于各 段的传热量 Qi ； 按具体情况用对数平均温差或算术平均温差求各段平均温差 ti ； 根据公式计算积分平均温差
定义
Q Qmax
文字表述：传热有效度为换热器实际传热量 Q 与最大可 能传热量 Qmax 之比。
实际传热量
Q W1 (t1 t1 ) W2 (t 2 t 2 )
最大可能传热量：指一个面积为无穷大且其流体流量和 进口温度与实际热交换器的流量和进口温度相同的逆流
型热交换器所能达到的传热量的极限值。
§1.2 平均温差
其他流动时平均温差
上述对数平均温差只是针对纯顺流和纯逆流情况，而实际换热器 流动一般很复杂，当然也可以采用前面的方法进行分析，但数学 推导过程非常复杂。 实际上，纯逆流的平均温差最大，因此，人们想到对纯逆流的对 数平均温差进行修正以获得其他情况下的平均温差。
即 tm tlm.c
第一章：热交换器热计算的基本原理
Q k tdF
0
F
理论部分
§1.1 热交换器的热计算基本方程式
换热量的计算公式
2007.5.10
川田关于热交换器换热量的表示方法
１．基本式
如下图所示换热器的微小部分的换热量dQ以及温度变化的流体A的温度变化dT 的关系用公式(1)表示。
dQ＝U･（T－ｔ）dA＝W･C･dT――――――(1)
如果将入口１到出口２做积分处理、可以得到公式(2)和(3)的关系。
Q＝W･C･（T1－T2）―――――――(2)
∫U
W･C dA＝∫dT
T―t
U･A
W･C＝LN（T1－t
T2－ｔ）＝－LN（
T2－t
T1－ｔ）
∴
T2－t
T1－ｔ＝exp（―
U･A
W･C）＝exp（―NTU）――――――
(3) ２（出口）dA１（入口）
根据公式(2)和(3)、换热量Q 可以导入下述的2个表。
Q ＝W ･C ･（T1－ｔ）･ 1－ exp （―NTU ） ―――――(4)
Q ＝U ･A ･（T1－T2）･1LN （T1－ｔT2－ｔ
） ―――――(5) 公式(5)是使用对数平均温度差的一般公式。
公式(4)是在不知道流体出口温度T2、只知道入口温度的条件下、可以求出换热量
的简单的公式。
记号：
Q ：换热器、U ：热贯流率、W ：温度变化侧的流量、
C ：温度变化侧流体的比热、T ：温度变化侧流体的温度、
ｔ：温度不变化侧的流体的温度、A ：换热面积、
NTU ：移动单位数（＝UA/WC ）。
热交换器的换热量计算公式
热交换器的换热量计算公式热交换器是一种用于在两种流体之间传递热量的设备。
它通常由管束、壳体和传热表面组成，通过这些传热表面，热量可以从一个流体传递到另一个流体。
在工业生产中，热交换器广泛应用于加热、冷却和热回收等领域，因此了解热交换器的换热量计算公式对于工程师和设计师来说至关重要。
换热量是热交换器的一个重要参数，它描述了在热交换器中传递的热量大小。
换热量的计算可以通过热交换器的传热表面积和传热系数来进行。
传热表面积是热交换器中用于传递热量的表面积，传热系数则描述了流体在传热表面上传递热量的效率。
换热量的计算公式可以表示为：Q = U × A ×ΔTlm。
其中，Q表示换热量，U表示传热系数，A表示传热表面积，ΔTlm表示对数平均温差。
传热系数U是描述流体在传热表面上传递热量效率的参数，它的大小取决于流体的性质、传热表面的材质和结构等因素。
通常情况下，传热系数可以通过实验测定或者根据经验公式进行估算。
在实际工程中，传热系数的确定往往需要考虑多种因素，因此需要进行综合考虑和分析。
传热表面积A是描述热交换器中用于传递热量的表面积的参数，它的大小取决于热交换器的结构和设计。
传热表面积的计算通常需要考虑传热表面的形状、布置方式、数量等因素，因此在热交换器的设计和选择中，需要进行详细的计算和分析。
对数平均温差ΔTlm是描述流体在热交换器中传递热量的温差的参数，它的大小取决于流体的温度和流速。
对数平均温差的计算通常需要考虑流体的进出口温度差、流体的温度分布等因素，因此在热交换器的运行和设计中，需要进行详细的温度场分析和计算。
在实际工程中，热交换器的换热量计算需要考虑多种因素，包括传热系数、传热表面积、对数平均温差等参数。
同时，还需要考虑流体的性质、温度分布、流速等因素。
因此，在热交换器的设计和运行中，需要进行详细的计算和分析，以确保热交换器的换热性能达到预期的要求。
总之，热交换器的换热量计算是热交换器设计和运行中的重要问题，它涉及多种参数和因素的综合考虑和分析。
换热器原理与设计课后题答案史美中国
换热器原理与设计课后题答案史美中国热交换器原理与设计热交换器:将某种流体的热量以一定的传热方式传递给他种流体的设备。
(2013-2014学年第二学期考题[名词解释])热交换器的分类:按照热流体与冷流体的流动方向分为:顺流式、逆流式、错流式、混流式按照传热量的方法来分间壁式、混合式、蓄热式。
(2013-2014学年第二学期考题[填空])1热交换器计算的基本原理(计算题)热容量(W=Mc):表示流体的温度每改变1C时所需的热量温度效率(P):冷流体的实际吸热量与最大可能的吸热量的比率(2013-2014学年第二学期考题[名词解释])传热有效度(e):实际传热量Q与最大可能传热量Q之比2管壳式热交换器管程:流体从管内空间流过的流径。
壳程:流体从管外空间流过的流径。
<1-2>型换热器:壳程数为1，管程数为2卧式和立式管壳式换热器型号表示法(P43)(2013-2014学年第二学期考题[名词解释])记:前端管箱型式:A-平盖管箱B一--封头管箱壳体型式:一一单程壳体F一一具有纵向隔板的双程壳体H一双分流后盖结构型式:P一一填料函式浮头S一一钩圈式浮头U一一U形管束一-管子在管板上的固定:胀管法和焊接法管子在管板上的排列:等边三角形排列(或称正六边形排列)法、同心圆排列法、正方形排列法，其中等边三角形排列方式是最合理的排列方式。
(2013-2014学年第二学期考题[填空])管壳式热交换器的基本构造: (1)管板(2)分程隔板(3)纵向隔板、折流板、支持板(4)挡板和旁路挡板(5)防冲板产生流动阻力的原因:①流体具有黏性，流动时存在着摩擦，是产生流动阻力的根源;②固定的管壁或其他形状的固体壁面，促使流动的流体内部发生相对运动，为流动阻力的产生提供了条件。
热交换器中的流动阻力:摩擦阻力和局部阻力管壳式热交换器的管程阻力:沿程阻力、回弯阻力、进出口连接管阻力管程、壳程内流体的选择的基本原则: (P74)管程流过的流体:容积流量小，不清洁、易结垢，压力高，有腐蚀性，高温流体或在低温装置中的低温流体。
热交换的计算
热效率
01
表示热交换设备的有效能量转换比例，即设备输出的有用能量
与输入的总能量之比。
热效率的数值范围
02
通常在0到1之间，表示设备能量转换效率的高低。
影响因素
03
设备的设计、制造质量、运行工况以及操作条件等都会影响热
效率。
热效率的计算公式
公式
热效率 = （有效能量/总能量）× 100%
应用场景
用于评估热交换设备的性能，指导设备选型、优化和节能改造。
热交换器的设计原则
高效换热
选择合适的换热器类型和材料，优化换热面 积和流道设计，提高换热效率。
经济合理
在满足换热要求的前提下，尽量降低制造成 本和维护成本。
稳定可靠
保证换热器的稳定性和可靠性，确保长期运 行无故障。
环保节能
采用环保材料和节能技术，减少能源消耗和 排放。
热交换器的优化设计
数值模拟
利用数值模拟软件对换热器进行模拟 分析，优化流道和换热元件的设计。
实验研究
通过实验研究验证换热器的性能，并 根据实验结果对设计进行优化。
强化传热
采用强化传热技术，如振动、超声波 、电场等，提高换热效率。
多目标优化
综合考虑多个目标函数，如换热效率 、成本、体积等，进行多目标优化设 计。
05
CATALOGUE
热交换的实验研究
实验目的
01
02
03
验证热交换理论
通过实验研究，验证热交 换理论的正确性和实用性 。
02
03
04
空调系统
通过冷热交换实现室内温度的 调节。
工业制程
在化工、制药、食品加工等领 域，利用热交换进行物料加热
换流器热量及面积计算公式
换流器热量及面积计算公式换流器（也称为热交换器或换热器）是一种设备，用于将热量从一个介质传递给另一个介质，从而实现热能的转移。
在工业和建筑领域，换流器广泛应用于空调系统、冷却塔、石油炼化等领域。
换流器的热量和面积计算是设计换流器时必不可少的一步。
下面将介绍两种常用的换流器热量和面积计算公式。
1.热量换算公式：换热器的热量计算通常使用传热的基本公式：Q=U×A×ΔTm其中，Q表示换热器的热量传输量（单位为热量单位/时间，如瓦特或千瓦），U是换热系数（单位为热导率乘以传热面积除以传热距离），A是传热面积（单位为平方米），ΔTm是温度差（单位为摄氏度或开尔文）。
热传导系数（U）是换热器设计的重要参数，它代表了换热介质的传热特性。
根据具体的换热器类型和传热介质，U的计算方法有所不同。
以下是一些常用的U计算方法：-对于管壳式换热器：U=1/[（1/h1）+（ΣRi）+（1/h2）]其中，h1和h2分别是冷介质和热介质的对流传热系数，ΣRi是壳程内的热阻总和。
-对于板式换热器：U=1/[（1/h1）+(1/h2）+（ΣRi）]其中，h1和h2分别是冷介质和热介质的对流传热系数，ΣRi是板内的热阻总和。
需要注意的是，这里的对流传热系数（h）和壳程或板内的热阻（Ri）通常需要通过实验或文献资料获得。
-对于其他类型的换热器，需要根据具体的情况选择相应的换热系数计算方法。
2.面积计算公式：换热器的面积计算方法与热量计算有关，可以根据热量换算公式中的公式进行求解。
假设我们已经知道了换热量（Q）、热传导系数（U）和温度差（ΔTm），则面积（A）可以通过如下公式计算：A=Q/(U×ΔTm)这个公式也可以反过来使用，即通过已知的面积和热传导系数来计算热量：Q=U×A×ΔTm需要注意的是，这里的单位需要保持一致。
如果使用的是国际单位制（如瓦特、米、摄氏度等），则公式中的计算结果也是以国际单位制表示的。
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Q-热负荷，W; M1,M2- 分别为热流体与冷流体的质量流量，kg/s； h1，h2-分别为冷热流体的焓，J/kg； 1代表热流体，2代表冷流体；
代表流体的进口状态， 代表流体的出口状态。
热计算基本方程式
热平衡方程式
Q M1 h1 h1 M 2 h2 h2
当流体无相变时，热负荷也可用下式表示：
为修正系数
其它流动方式时的平均温差
tm tlm,c
若令
t2 t2 冷流体的加热度 P t2 两流体的进口温差 t1 t1 热流体的冷却度 t1 R t2 冷流体的加热度 t2
P的数值代表了冷流体的实际吸热量与最大可能的 吸热量的比率，称为温度效率，恒小于1。 R是冷流体的热容量与热流体的热容量之比， 可以大于1、等于1或小于1。
t t e
μkA
t x t e
-μ kAx
t ln μ kA t
t t t t tm ( 1) t t t ln ln t t
由于式中出现了对数，故常把tm称为对数平均温差。
d dt1 qm1c1 d dt2 qm 2c2
由于qm1c1和qm2c2 不变，则d↓ ， dt1、dt2↓
故沿着流体流动方向，冷热流体温度变化渐趋平缓，温 度分布曲线形状的凹向不可能反向。
逆流情况下的平均温差
逆流换热器中冷、热流体温度的沿程变化如下图。
d k[t1 ( x) t2 ( x)]dA kt ( x)dA
d[t ( x)] k t ( x)dAx
顺流情况下的平均温差
1 1 d[t ( x)] dt1 ( x) dt2 ( x) qm1c1 qm2c2 d d
d[t ( x)] k t ( x)dAx 1 1 1 1 qm1c1 qm2c2 W1 W2
1 1 1 t2 t t1 t1 t2 t1 t2 t1 t2 2 2 2 1 tmax tmin 2
其值总是大于相同进、出口温度下的对数平均温差。
1 tmax tmin 1 t t 2 ln max t max t min t m 2 t min lnt max / t min
1
逆流情况下的平均温差
取如下形式，上述推导过程完全适合于逆流换热器：
1 μ qm1c1 qm2c2 1
同样有
t t t t tm ( 1) t t t ln ln t t
顺逆流情况下的平均温差
不论逆流、顺流，对数平 均温差可以统一用以下计 算式表示：
1.设计计算：设计一个新换热器，以确定换热器所需
换热面积。结构尺寸影响热计算的过程。这种热计算往往 要与结构计算交叉进行。 2.校核计算：针对已有换热器，其目的在于确定流体的出 口温度，并了解该热交换器在非设计工况下的性能变化，
判断能否完成在非设计工况下的换热任务。
热计算基本方程式
热计算基本方程式
其它流动方式时的平均温差
交叉流及其它形式（简单顺流、逆流除外）换热器 的平均温差可用数学方法推导，但公式很繁琐，因 而常将这些流动方式的流体进出口温度先按逆流算 出对数平均温差，然后乘以考虑因其流动方式不同 于逆流而引入的修正系数，即
tm tlm,c tlm,c为按逆流方式计算的对数平均温差；
2 1 t max 1 t min
平均温差
算术平均温差总大于对数平均温差
tmax/ tmin越趋近于1时，两者差别越小
当tmax/ tmin2时，两者差别小于4% 而当tmax/ tmin 1.7时，两者差别小于2.3% 锅炉热力计算标准规定，而当tmax/ tmin 1.7时，可用算 术平均温差
t ( x )
式中， 是为简化表达引入的。分离变量并积分：
Ax dt t t μk 0 dA x t ( x) 积分结果为： ln μ kAx t
即：
t x t e-μ kA
x
顺流情况下的平均温差
t x t e
-μ kAx
有当Ax=A时， tx = t”，则：
传热方程式 热平衡方程式
热计算基本方程式
热计算基本方程式 传热方程式的普遍形式
Q k tdF
0
F
Q-热负荷，W;
k- 热交换器任一微元传热面处的传热系数，W/m2.0C；
dF-微元传热面积，m2；
t - 在此微元传热面处两种流体之间的温差，0C；
热计算基本方程式
传热方程式的普遍形式
Q
tx ↓ d ↓
dt1 dt2↓ 曲线上凹
流体温度沿受热面变化曲线形状
流体温度沿受热面变化曲线形状
当qm1c1 = qm2c2 时，
t1= t2
两条平行线。
tm t t t t
' 1 " 2 " 1
' 2
顺逆流情况下的平均温差
在此以前，我们计算所用的是算术平均温差
热交换器设计计算的内容
热交换器设计计算的内容如下： 1）热计算（热力计算） -本课程研究重点 传热系数 2）结构计算 各种尺寸 3）流动阻力计算 -介绍主要内容 传热面积 -介绍主要内容
各类流动阻力，为选择泵和风机提供依据 4）强度计算 强度是否符合要求
热计算基本方程式
热计算（热力计算）
两种类型的设计：设计计算与校核计算
d qm1c1dt1 ( x)
d qm2c2dt2 ( x)
d[t ( x)] dt1 ( x) dt2 ( x) 1 1 qm1c1 qm2 c2 d d
d[ t ( x)] kt ( x)dA
1 μ qm1c1 qm2c2
F
0
k tdF
工程计算式
Q-热负荷，W;
Q KF tm
K- 整个传热面上的平均传热系数，W/m2.0C； F-传热面积，m2；
tm - 两种流体之间的平均温差，0C；
热计算基本方程式
热平衡方程式
Q M1 h1 h1 M 2 h2 h2
(不考虑散热损失)
其它流动方式时的平均温差
对于某种特定的流动型式， 是辅助参数P,R的函数， 即 f P, R 例：热流体在管外流动为一 个流程，冷流体在管内先逆 流后顺流流动两个流程的 <1-2>型热交换器 在推导平均温差时：除满足推导对数平均温差 所用的假定外，还假定（1)管外流体在横向有 充分的混合；(2)管内两流程面积相等。
Q - M 1 c1dt M 2
t1
t1
t2
t 2
c2 dt
c是温度的函数，为简化起见，工程中一般都采 用在进出口温度范围内的平均比热。
Q M 1c1 t1 t1 M 2 c2 t2 t 2
热计算基本方程式
热平衡方程式
第一章 热交换器热计算的基本原理
热计算基本方程式
平均温差
传热有效度 热交换器热计算方法的比较 流体流动方式的选择
热交换器设计计算的内容
热交换器设计计算的内容如下： 1）热计算（热力计算） 传热系数 2）结构计算 热交换器主要部件和构件的尺寸 3）流动阻力计算 各类流动阻力，为选择泵和风机提供依据 4）强度计算 强度是否符合要求-按照国家压力容器安全技术标准 传热面积
其它流动方式时的平均温差
tm tlm,c
若令
t2 t2 冷流体的加热度 P t2 两流体的进口温差 t1 t1 热流体的冷却度 t1 R t2 冷流体的加热度 t2
对于某种特定的流动型式， 是辅助参数P,R的函数， 即 f P, R
其它流动方式时的平均温差
交叉流及其它形式（简单顺流、逆流除外） 非混合流：在管外侧流 过的气体被限制在翅片 之间形成各自独立的通 道，在垂直于流动的方 向上不能自由运动，也 就不可能自身进行混合， 称该气体为非混合流。
其它流动方式时的平均温差
交叉流及其它形式（简单顺流、逆流除外） 混合流：管外的气流可以在横向自由地、随意地运 动，称为混合流。
顺流和逆流情况下的平均温差
符号规则： 下标：1---热流体； 2---冷流体。 上标：’----入口； ”----出口。 为推导简单顺流和逆流换热器的平均温差计算式，我 们需作以下假设：
冷、热流体的热容量qm1c1和qm2c2都是常数； k=constant； 换热器无散热； 换热面沿流动方向的导热可以忽略不计； 冷、热流体不能既有相变，又有单相介质换热。
顺流情况下的平均温差
d k[t1 ( x) t2 ( x)]dAx k t ( x)dAx
参看右图，在微元换热面dAx上，有
传热量等于热流体放热量，于是有： d qm1c1dt1 ( x)
同理，对于冷流体则有：
d qm2c2dt2 ( x)
整理以上三式，可得：
1 1 d[t ( x)] dt1 ( x) dt2 ( x) d d qm1c1 qm2c2
" ' qm1c1 t2 t2 t2 ' " qm 2c2 t1 t1 t1
当 qm1c1 ＞qm2c2 时 t1 ＜ t2 沿着热流体流动的方向
ห้องสมุดไป่ตู้
tx
则
d
dt2 d qm 2c2
d dt1 qm1c1
故温度形状曲线下凹
流体温度沿受热面变化曲线形状