传热过程分析与换热器的热计算
换热器及其热计算
35/46
热工基础
3 算术平均温差
tm
tmax tmin 2
tmax tmin 2
4%
tmax tmin 1.7
2.3%
36/46
热工基础
三 其它复杂流动布置的平均温差的计算
tm (tm )ctf
• (tm )ctf 是给定的冷热流体的进出口温度布
置成逆流时的LMTD
• 是小于1的修正系数69/46源自热工基础二 强化传热
1 原则 强化传热应从热阻最大的环节入手
2 途径 主要集中在对流换热
70/46
热工基础
3 对流换热的强化 ① 从换热过程的物理机制来分析 无相变： 减薄边界层、增加流体的扰动
凝结：减薄液膜、形成珠状凝结
有相变 沸腾：增加汽化核心数
71/46
热工基础
② 从对流换热的实验规律来分析 无相变：
h2, tf2
tw1
tw2
δ
4/46
热工基础
tf1
tw1
Φ Ah1
tw1
tw2
Φ
A
tw2
tf2
Φ Ah2
Φ
A(t f 1 t f 2 )
1 1
h1 h2
Φ kA(t f 1 - tf2 )
tf1
tf
2
Φ
1 Ah1
A
1 Ah2
k
1
1
1
h1 h2
5/46
热工基础
热阻的概念
ko Ao hi Ai 2l di ho Ao
9/46
热工基础
• 以管内侧表面为换热基准面时
Φ kidil(t fi t fo )
1 ki 1 di ln( do ) 1 di
化工原理---传热.第三讲-2016.5.12 (1)
并流，可降低该处壁温，延长换热器使用寿命。 34
小结
LMTD法------对数平均温差法
Q KStm
Q qm,hcp,h T1 T2 Q qm,ccp,c t2 t1
1 Ko
1
o
Rso
bdo
dm
Rsi
15
2. 总传热系数
当两侧对流传热系数相差较大时，K近似等
于 i ,o 中小者。
欲提高K值，强化传热，最有效的办法是减
小控制热阻。
有人曾作过实验,数据如下:
0(w/m2.K) i(w/m2.K) K(w/m2.K)
5000
40
39.7
10000 40
39.8
5000
80
78.8
例5-5？
16
2. 总传热系数
2）K的实验查定
Q KStm
3）总传热系数的经验值 在有关传热手册和专著中载有某些情况下
K 的经验数值，可供设计参考。
17
列管换热器总传热系数K的经验数据
流体种类
水—气体 水—水 水—煤油 水—有机溶剂 气体—气体 饱和水蒸气—水 饱和水蒸气—气体 饱和水蒸气—油 饱和水蒸气—沸腾油
dQ
w
w
w
w
T t
1
b
1
1
b
1
dS dS dS
ii
m
oo
dS dS dS
ii
m
oo
上式两边均除以 dSO
dQ
T t
dS o
换热器的传热及阻力计算
换热器的传热及阻力计算换热器是一种用于传递热量的设备，广泛应用于各个领域，如工业生产、能源系统和空调系统等。
在设计换热器时，需要对其进行传热及阻力计算，以确保其正常工作和高效性能。
本文将详细介绍换热器的传热计算方法和阻力计算方法。
换热器的传热计算方法可以通过换热系数和传热面积两个方面来进行。
换热系数是一个反映传热效率的参数，可以通过实验测定或理论计算得到。
传热面积是指换热器内热量传递的表面积，可以通过换热器的几何形状和尺寸进行计算。
换热系数的计算方法主要有理论计算和实验测定两种。
理论计算方法是根据换热过程涉及的热力学和流体力学原理，利用换热器材料的导热性能、流体的物性参数和流体速度等来计算换热系数。
而实验测定方法则是通过实验室或现场实测来确定换热系数。
常见的实验测定方法有柱式法、风洞法、加热线法和表面平均温度法等。
传热面积的计算方法则根据具体的换热器结构形式来进行。
换热面积的计算需要考虑换热器的传热面的几何形状、尺寸和布置等因素。
根据实际情况和设计要求，可以选择适当的换热器结构，如管壳式、板式、管翅片式、环型或螺旋板式等，并根据具体结构进行面积计算。
阻力计算是指换热器在工作过程中对流体流动产生的阻力进行估算。
对流体流动的阻力计算需要考虑流体的运动状态、流量和流速等因素。
阻力计算可以通过实验测定或理论计算来进行。
实验测定方法包括风洞法、压差容器法和管道试验法等，其中风洞法是常用的方法之一、理论计算方法则根据流体流动的基本原理和方程来进行，如伯努利方程、连续性方程和动量方程等。
在进行换热器的阻力计算时，需要考虑流体的性质、流动状态和流道的几何形状等因素。
一般来说，流体的阻力与其粘度、密度、流速和流体的流动形式等有关。
流体的流动形式可以分为层流和紊流两种，其阻力特性也有所不同。
通常情况下，层流和紊流的阻力可以通过一系列经验公式或实验数据进行计算和估算。
除了传热计算和阻力计算，还需要对换热器进行性能评估和优化设计。
第7章 传热过程的分析和计算
Rk
1
d1lh1
1
21l
ln
d2 d1
1
2xl
ln
dx d2
1
dxlh2
dRk ddx
1
2x d x
1
d
2 x
h2
0
dc
2x
h2
临界绝缘直径与保温材料有关、与所处环境有关
dc
2x
h2
（1）当dx<dc时，随保温层厚度的增加，总热阻 减小，传热量增大，此时对管道敷设保温层反而
7.4.2 换热器热计算的基本方程
约定： 下标 1 —— 热流体 下标 2 —— 冷流体 上标 ’ —— 进口参数 上标 ’’ —— 出口参数 以热流体进口作为计算起点
1 换热器中流体的温度分布 因变量—冷、热流体的温度 自变量—？
换热面积 —热流体入口，Ax＝0 —热流体出口，Ax＝At —在换热器内的不同位置，Ax不同，流体温
★如何提高传热系数？
1
1
K
1 h1
1 h2
1 h1
1 h2
数学上可以证明
K min h1, h2
提高较小的表面传热系数值，强化薄弱环节， 效果最好
h1＝103，h2＝10，没有强化前：K=9.90 W/(m2.K)
❖ 措施1： h1＝2000，h2＝10： K’＝9.95 W/(m2.K)
7.2.1 通过平壁的传热过程 导热中—只关注平板的导热过程，计算了各类边
界条件下的温度分布、通过平板的导热量 传热过程中—壁面两侧流体间的热量传递过程
1 h1 A(t f 1 tW1)
2
换热器计算
在前面假设的基础上，并已知冷热流体的进出口温度，现 在来看图7-13中微元换热面dA一段的传热。温差为：
t th tc dt dth dtc
在固体微元面dA内，两种流体的换热量为:
tm (tm )ctf
是给定的冷热流体的进出口温度布置成逆流时的LMTD， 是小于1的修正系数。图7-15 ~ 7-17分别给出了管壳式 换热器和交叉流式换热器的 。
关于的注意事项
（1） 值取决于无量纲参数 P和 R
P tc tc , th tc
R th th tc tc
式中：下标1、2分别表示两种流体，上角标 ` 表示进口，
们就可以计算出另外一个温度。因此，上面的两个方程
中共有7个未知数，即
, k, A, qmhch , qmccc ,以及th，th，tc，tc中的三个
需要给定其中的5个变量，才可以计算另外三个变量。
对于设计计算而言，给定的是 qmhch , qmccc ，以及进出口 温度中的三个，最终求 A, qmhch , qmccc 对于校核计算而言，给定的一般是 k, A ，以及2个进口
第七章 传热过程分析与换热器热计算
本章的学习目的
(1)分析实际传热问题的能力 (2)综合应用三种基本传热方式及其相关公式的能力 (3)了解换热器的基本知识和设计过程
§ 7-1 传热过程的分析和计算
传热过程？ 基本计算式(传热方程式)？
k A(t f 1 t f 2 )
k 1 ARtot
式中：K是传热系数(总传热系数)。对于不同的传热过
(do2 )
1 hi d i
换热器换热效率计算方法
换热器换热效率计算方法换热器是一种用于将热能从一个物质传递到另一个物质的装置。
换热器的性能通常通过换热效率来衡量，换热效率定义为传递到热能的比例。
计算换热器换热效率的方法取决于具体的换热器类型和应用场景，下面将介绍几种常见的方法。
1.热交换系数法热交换系数法是一种用于计算传热器换热效率的常见方法，适用于常压下的换热器。
根据传热学的基本原理，换热器的换热效率可以通过比较两种流体之间的传热系数来计算。
传热系数越大，换热器换热效率越高。
具体的计算方法可以根据传热器的结构和工况来确定，一般需要测量流体的温度和流量信息，以及传热表面的几何尺寸和材料等参数。
2.热损失法热损失法是一种常用的计算换热器换热效率的方法，适用于壳管式换热器等换热表面较大的设备。
该方法通过测量进出口流体的温度、流量和热损失等参数来计算换热器的换热效率。
具体的计算方法包括传热率计算、对流换热系数计算和换热器传热面积计算等步骤，最终根据能量平衡可以求得换热器的换热效率。
3.效能法效能法是一种常用的计算换热器换热效率的方法，适用于热力性能较为稳定的换热器。
该方法通过测量进出口流体的温度、流量和热损失等参数来计算换热器的换热效率。
具体的计算方法包括换热系数计算、传热量计算和换热器有效传热面积计算等步骤，最终根据能量平衡可以求得换热器的换热效率。
4.热平衡法热平衡法是一种常用的计算换热器换热效率的方法，适用于热力性能较为复杂的换热器。
该方法通过建立换热器的热平衡方程，考虑不同传热方式的作用，计算进出口流体的温度、流量和热损失等参数，最终根据能量平衡可以求得换热器的换热效率。
总之，换热器的换热效率计算方法多种多样，具体的计算方法需要根据换热器的类型、工况和性能等因素来确定。
在实际应用中，需要综合考虑换热器的传热特性、流体性质和操作条件等因素，选择合适的计算方法，并注意测量数据的准确性和计算过程中的误差控制，以获得可靠的换热效率结果。
换热器热量及面积计算公式
换热器热量及面积计算一、热量计算1、一般式Q=Q c=Q hQ=W h（H h,1- H h,2）= W c（H c,2- H c,1）式中：Q为换热器的热负荷，kj/h或kw；W为流体的质量流量，kg/h；H为单位质量流体的焓，kj/kg；下标c和h分别表示冷流体和热流体，下标1和2分别表示换热器的进口和出口。
2、无相变化Q=W h c p,h(T1-T2)=W c c p,c(t2-t1)式中：c p为流体平均定压比热容，kj/(kg.℃)；T为热流体的温度，℃；t为冷流体的温度，℃。
3、有相变化a.冷凝液在饱和温度下离开换热器，Q=W h r = W c c p,c(t2-t1)式中：W h为饱和蒸汽（即热流体）冷凝速率（即质量流量）（kg/s）r为饱和蒸汽的冷凝潜热（J/kg）b.冷凝液的温度低于饱和温度，则热流体释放热量为潜热加显热Q=W h[r+c p,h（T s-T w）] = W c c p,c(t2-t1)式中：c p,h为冷凝液的比热容（J/（kg/℃））；T s为饱和液体的温度（℃）二、面积计算1、总传热系数K管壳式换热器中的K值如下表：注：1 w = 1 J/s = 3.6 kj/h = 0.86 kcal/h1 kcal = 4.18 kj2、温差（1）逆流热流体温度T：T1→T2冷流体温度t：t2←t1温差△t：△t1→△t2△t m=（△t2-△t1）/㏑（△t2/△t1）（2）并流热流体温度T：T1→T2冷流体温度t：t1→t2温差△t：△t2→△t1△t m=（△t2-△t1）/㏑（△t2/△t1）对数平均温差，两种流体在热交换器中传热过程温差的积分的平均值。
( 恒温传热时△t=T-t，例如：饱和蒸汽和沸腾液体间的传热。
) 对数平均温差因为在冷凝器板换一系列的换热器中温度是变化的为了我们更好的选型计算所以出来一个相对准确的数值,当△T1/△T2>1.7时用公式：△Tm=（△T1-△T2）/㏑（△T1/△T2）.如果△T1/△T2≤1.7时，△Tm=（△T1+△T2）/2二种流体在热交换器中传热过程温差的积分的平均值。
(化工原理)第四节 传热计算
平均温度差法-11
平均温度差法-12
平均温度差法-13
平均温度差法-14
平均温度差法-15
平均温度差法-16
对于1-2型（单壳程双管程）换热器， 可用下式计算
对于1-2n型,也可近似使用
平均温度差法-17
（三）流向的选择
在两流体进、出口温度各自相同的条件下，逆流时的平均温度 差最大，并流时最小，其它流向介于两者之间。逆流优于并流 和其它流型。当换热器的传热量Q及总传热系数一定时，采用 逆流流动，所需的换热器的传热面积最小
选择的传热面积不同，总传热系数不同 dQ=Ki(T-t)dSi=KO(T-t)dS0=Km(T-t)dSm
K面i、积的KO总、传K热m—系—数基，于W管/(m内2•表℃面)；积、外表面积和内外表面平均 S面i 、积S,m0、2。Sm——换热器管内表面积、外表面积和内外侧的平均
dQ及（T-t）和选择的基准面积无关,故
dQ=K(T-t)dS=KΔtdS
平均温度差法-7
（3）总传热系数K为常量,即K值不随换热器的管长而变化；
平均温度差法-8
平均温度差Δtm等于换热器两端处温度 差的对数平均值
当 Δt2/Δt1≤2时,可以用算术平均温度差代替对 数平均温度差,
并流流动, 该式是计算逆流和并流时的 平均温度差Δtm的通式。
d均i、直d径o、,mdm——管内径、外径和内外径的平
总传热速率微分方程和总传热系 数-4
二、总传热系数
（一）、总传热系数的数值范围
总传热系数K值主要取决于流体的物性、传 热过程的操作条件及换热器的类型
总传热速率微分方程和总传热系 数-6
（二）、总传热系数的计算式
通过管壁之任一截面的热传导速率