换热器及其热计算
换热器的换热面积计算
换热器热量及面积计算
一、热量计算1、
一般式
Q=Wh (Hh,1- Hh,2 ) = Wc (Hc,2- Hc,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二Whcp,h(T1-T2)=Wccp,c(t2-t1)
式中
cp为流体平均定压比热容，kj/(kg. C );
T为热流体的温度，C;
T为冷流体的温度，C
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：
1w=1J/s=3.6kj/h=0.86kcal/h 1kcal=4.18kj 2、
温差
(1)逆流
热流体温度T: T1 F2
冷流体温度t: t211
温差△: △1—42
△m二(42- 41) /ln(A t2/ 41)
(2)并流
热流体温度T: T1 —T2
冷流体温度t: t1 T2
温差△: △2—/M
△m二（42- 41） /ln（A t2/ 41）
3、面积计算
S=Q/（K. 4tm）
三、管壳式换热器面积计算
S=3.14ndL
其中，S为传热面积m2、n为管束的管数、d为管径，m; L为管长, m。
四、注意事项
冷凝段:潜热（根据汽化热计算）
冷却段:显热（根据比热容计算
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换热器的换热面积计算
换热器热量及面积计算
一、热量计算1、
一般式
Q=Wh（Hh,1-Hh,2）=Wc（Hc,2-Hc,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=Whcp,h(T1-T2)=Wccp,c(t2-t1)
式中
cp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，℃
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：
1w=1J/s=3.6kj/h=0.86kcal/h
1kcal=4.18kj2、
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
△tm=（△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
△tm=（△t2-△t1）/㏑（△t2/△t1）
3、面积计算
S=Q/(K.△tm)
三、管壳式换热器面积计算
S=3.14ndL
其中，S为传热面积m2、n为管束的管数、d为管径，m；L为管长，m。
四、注意事项
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换热器的换热面积计算
换热器热量及面积计算
一、热量计算1、
一般式
Q=Wh（Hh,1- Hh,2）= Wc（Hc,2- Hc,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=Whcp,h(T1-T2)=Wccp,c(t2-t1)
式中
cp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，℃
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：
1w=1J/s=3.6kj/h=0.86kcal/h
1kcal=4.18kj 2、
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
△tm=（△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
△tm=（△t2-△t1）/㏑（△t2/△t1）3、面积计算
S=Q/(K. △tm)
三、管壳式换热器面积计算
S=3.14ndL
其中，S为传热面积m2、n为管束的管数、d为管径，m；L为管长，m。
四、注意事项
冷凝段：潜热（根据汽化热计算）
冷却段：显热（根据比热容计算
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换热器的换热面积计算
换热器热量及面积计算
一、热量计算 1、
一般式
Q=Wh（Hh,1- Hh,2）= Wc（Hc,2- Hc,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=Whcp,h(T1-T2)=Wccp,c(t2-t1)
式中
cp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，℃
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：
1w=1J/s=3.6kj/h=0.86kcal/h
1kcal=4.18kj 2、
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
△tm=（△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
△tm=（△t2-△t1）/㏑（△t2/△t1） 3、面积计算
S=Q/(K. △tm)
三、管壳式换热器面积计算
S=3.14ndL
其中，S为传热面积m2、n为管束的管数、d为管径，m；L为管长，m。
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换热器换热效率计算
换热器介绍及热效率的简单计算一、换热器的基本概念换热器的定义：凡是用来使热量从热流体传递到冷流体，以满足规定的工艺要求的装置通称换热器。
间壁式——冷热流体分别位于固体壁面两侧，而由壁面间接隔开来。
混合式——冷热流体通过直接接触、相互混合来实现换热。
回热式——冷热流体交替地通过同一换热表面而实现热量交换的设备称为蓄热式换热器。
2、换热器的分类螺旋板式换热器波纹管换热器列管式换热器板式换热器螺旋板换热器管壳式换热器容积式换热器浮头式换热器管式换热器热管换热器汽水换热器翅片管换热器管壳式换热器分为浮头式换热器和固定管板式换热器1、浮头式换热器特点2、浮头式换热器两端的管板，一端不与壳体相连，该端称浮头。
管子受热时，管束连同浮头可以沿轴向自由伸缩，完全消除了温差应力。
浮头式换热器的特点浮头式换热器的一端管板固定在壳体与管箱之间，另一端管板可以在壳体内自由移动，这个特点在现场能看出来。
这种换热器壳体和管束的热膨胀是自由的，管束可以抽出，便于清洗管间和管内。
其缺点是结构复杂，造价高（比固定管板高20%），在运行中浮头处发生泄漏，不易检查处理。
三种类型换热器简介螺旋板式板式交叉流换热器管壳式壳管式套管式)蓄热式混合式间壁式板翅式管翅式管束式浮头式换热器适用于壳体和管束温差较大或壳程介质易结垢的条件。
3、固定管板式换热器(,4E-401, 4E-200)固定管板式换热器主要有外壳、管板、管束、顶盖（又称封头）等部件构成。
在圆形外壳内，装入平行管束，管束两端用焊接或胀接的方法固定在管板上，两块管板与外管直接焊接，装有进口或出口管的顶盖用螺栓与外壳两端法兰相连。
它的特点是结构简单，没有壳侧密封连接，相同的壳体内径排管最多，在有折流板的流动中旁路最小，管程可以分成任何管程数，因两个管板由管子互相支撑，故在各种管壳式换热器中它的管板最薄，造价最低，因而得到广泛应用。
这种换热器的缺点是：壳程清洗困难，有温差应力存在。
当冷热两种流体的平均温差较大，或壳体和传热管材料膨胀系数相差较大，热应力超过材料的许用应力时，在壳体上需设膨胀节，由于膨胀节强度的限制，壳程压力不能太高。
换热器换热量计算公式
换热器换热量计算公式换热器是一种用于将热量从一种介质传递到另一种介质的装置。
根据换热器的类型和工作原理的不同，换热量的计算公式也会有所不同。
下面将介绍几种常见的换热器及其换热量计算公式。
1.单相流体传热换热器单相流体传热换热器是将一个单相流体中的热量传递到另一个单相流体中的换热器。
换热量的计算公式基于热平衡原理，即热量在两个流体之间的传递是相等的。
Q=m·c·(T2-T1)其中，Q为换热量，单位为焦耳/秒（J/s）或瓦特（W）；m为流经换热器的质量流率，单位为千克/秒（kg/s）；c为流体的比热容，单位为焦耳/千克·摄氏度（J/(kg·°C)）；T1和T2分别为流体的入口温度和出口温度，单位为摄氏度（°C）。
在实际应用中，为了计算方便，可以将换热率（U）引入公式。
换热率是描述换热器传热性能的参数，通常通过实验或理论计算确定。
Q=U·A·(T2-T1)其中，U为换热率，单位为焦耳/秒·平方米·摄氏度（J/(s·m^2·°C)）或瓦特/平方米·摄氏度（W/(m^2·°C)）；A为换热面积，单位为平方米（m^2）。
2.蒸发冷凝换热器蒸发冷凝换热器用于将一种流体从液态转化为气态或从气态转化为液态的过程中传递热量。
换热量的计算公式基于摩尔焓的变化。
Q=G·(h2-h1)其中，Q为换热量，单位为焦耳/秒（J/s）或瓦特（W）；G为质量流率，单位为摩尔/秒（mol/s）；h1和h2分别为流体的入口摩尔焓和出口摩尔焓，单位为焦耳/摩尔（J/mol）。
在实际应用中，为了计算方便，可以将换热系数（U）引入公式，并结合换热面积（A）进行计算。
Q=U·A·(h2-h1)其中，U为换热系数，单位为焦耳/秒·平方米·摄氏度（J/(s·m^2·°C)）或瓦特/平方米·摄氏度（W/(m^2·°C)）。
换热器换热量计算公式
换热器换热量计算公式
A=Q/K(Tr-△t)
式中A为换热面积.
Q为总换热量.
K为导热系数,不同的材料导热系数不一样,相同的材料采用的介质不同其换热系数也不同,相同的材料如采用换热器的结构形式不同其K值选取也不同.由于题中未说明工艺条件,K值无法选取.
Tr为较热介质的平均温度.
△t为次热介质的平均温度
（2）Q放=Cm（t初-t末）．
热量的计算（1）物体吸收热量公式：
Q放=Cm（t初-t末）
．
考点：热量的计算．
分析：物体吸收或放出的热量等于物体的比热容与质量和温差的乘积．
解答：解：吸收热量时末温高初温低，温差等于末温减初温．放出热量时初温高末温低，温差等于初温减末温．
答案为：（1）Q吸=Cm（t末-t初）；
换热器热量及面积计算公式
换热器热量及面积计算公式换热器是工业生产中常用的设备之一，用于将热量从一个介质传递到另一个介质。
其核心功能是通过增大热交换面积，使热量能够更加有效地传递。
在换热器的设计中，热量及面积的计算是至关重要的。
换热器的热量计算是根据热传导的基本原理来进行的。
热传导是指热量从高温区域传递到低温区域的过程。
热传导的速率与温度差、介质的导热系数和热传导距离有关。
换热器的热量传递公式可以表示为：Q=U×A×ΔT其中，Q表示热量传递量，U表示换热系数，A表示换热面积，ΔT表示温度差。
换热系数U是一个关键的参数，它表示单位面积上，单位时间内热量的传递量。
换热系数的大小受多种因素影响，包括换热器的结构、介质的性质和流体运动方式等。
为了计算得到准确的热量传递量，我们需要确定换热系数U的数值。
换热系数U的计算可以根据实际情况采取不同的方法，常见的有经验法、理论法和试验法等。
换热器面积计算公式：换热器的设计中，换热面积的计算是为了满足所需的热量传递量。
基本原则是通过增大换热面积，提高热量的传递效率。
换热器的面积计算公式可以表示为：A=Q/U/ΔT其中，Q表示所需的热量传递量，U表示换热系数，ΔT表示温度差。
根据这个公式，我们可以根据所需的热量传递量来计算换热器的面积。
需要注意的是，在实际应用中，热量及面积的计算往往需要考虑许多复杂的因素，比如介质的流动性质、传热表面的布局和形式、管路的阻力损失等。
因此，在设计换热器时，需要综合考虑这些因素，以确保换热器能够满足所需的热量传递要求。
此外，还有一些常见的换热器类型，如壳管式换热器、板式换热器、螺旋板换热器等，它们的热量及面积的计算公式可能会有所不同。
因此，在实际应用中，需要根据具体的换热器类型和设计要求来选择相应的计算公式。
总结起来，换热器的热量及面积计算是一个复杂的过程，需要综合考虑多种因素。
上述的热量及面积计算公式只是基本的参考，实际设计中还需要根据具体情况进行调整和优化。
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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
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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
hi 2 di ho do
1 1 1 ln( do ) 1
ki Ai hi Ai 2l di ho Ao
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的进口温度 t1' , t2'' 和水当量 qm1, qm2 ，校核该
换热器能否达到要求： • 能否把热流体冷却到给定温度 • 或能否把冷流体加热到给定温度
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热工基础
假定其中一个出口温度
确定另一个出口温度
tm
k, A
否
b
b=t ?
t
是
结束
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热工基础
管壳式换热器（1-2型）
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一 传热学的目的
1 传热的强化
①设备尺寸减小 ②得到有效冷却
空调 Gas Turbine 电子元器件
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热工基础
液体火箭发动机燃烧室
➢ 温度高(3000-4500K); ➢ 热流密度大（最高达160MW/m2）; ➢ 推力室的冷却是一项重要的设计考虑;
冷却剂
推 进 剂
燃烧室
燃气 喷管
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热工基础
板式换热器
22/46
热工基础
螺旋板式换热器
23/46
热工基础
交叉流换热器
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热工基础
二 简单顺流与逆流的平均温差计算
传热方程的一般形式
kAtm
注意
25/46
热工基础
1 简化模型 以顺流情况为例
假设： • 冷热流体的质量流量qm2、qm1以及比热容c2、
c1是常数； • 传热系数是常数； • 换热器无散热损失； • 换热面沿流动方向的导热量可以忽略不计。
k
50/46
热工基础
②由热平衡式求出冷热流体进出口温度中的那 个未知的温度
③确定平均温差 tm tmax tmin
ln tmax tmin
④计算所需的换热面积A A k tm
⑤核算冷热流体的流动阻力，如过大则需要改 变方案重新设计。
51/46
热工基础
2 校核计算 一般给定换热器的结构、面积A、冷热流体
热工基础
管壳式换热器（2-4型）
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例题 2
热工基础
56/46
热工基础
已知： qm1 2 kg s
t1' 160 oC qm2 2 kg s t2' 25o C do 0.5m
求：管长
c1 2260 J kg K
t1'' 60 oC
c2 4179 J kg K
k 250 W m2 K
A k
0
t ' ekA 1 k A
30/46
热工基础
tm
t '
kA
ekA
1
tx t e(kAx )
tm
1
kA
t ''
t '
31/46
热工基础
tm
1 t''t'
kA
ln
tx t
k Ax
t t tm ln t
t
ln t'' kA
t
对数平均温差 LMTD
32/46
热工基础
80/46
热工基础
⑤ 除垢 在换热器运行过程
4 对流换热的强化一般都带来流动组里的增加 • 相同质量流量 • 相同压降 • 相同泵功
81/46
热工基础
• 传热方程式
k A t
关键
关键
3/46
热工基础
1.光滑壁面的总传热系数
1.分析：三个串连环节：(1)高温流体侧的对流换 热；(2)通过壁面的导热；(3)低温流体侧的对流换 热。
Φ Ah1(t f 1 tw1)
Φ A (tw1 tw2 )
Φ Ah2 (tw2 t f 2 )
h1, tf1
1.定义
I
R
U
t1
t2
Φ
I U R
通过平壁导热的热阻
R A
Φ
t
A
t1
t2
A
6/46
热工基础
Φ
A(t f 1 t f 2 )
1 1
h1 h2
tf1
tw1
h1, tf1
h2, tf2
δ
tw2
tf2
1 h1A A 1 h2A
7/46
热工基础
2 通过圆筒壁的传热
管内
t f 1 twi 1
1 顺流和逆流
• 顺流和逆流是两种极端情况，在相同的进 出口温度下，逆流的平均温差最大，顺流 的平均温差最小；
• 顺流时 t2 t1 ，而逆流时， t2 则可能大 于 t1 ，可见，逆流布置时的换热最强；
• 逆流时，冷热流体的最高温度集中在换热 器的同一侧，使得该处的壁温特别高。
44/46
热工基础
• 图9-15~9-18分别给出了管壳式换热器和交叉流
换热器的
37/46
热工基础
1 值取决于无量纲参数 P和 R
P t2 t2 , t1 t2
2 P的物理意义
R t1 t1 t2 t2
流体2的实际温升与理论上所能达到的最大温升 之比，所以只能小于1
3 R的物理意义
两种流体的热容量之比
热工基础
就是直接应用传热方程式和热平衡方程式进 行热计算的方法 重点掌握 • 效能-传热单元数(-NTU)法
掌握有关概念
49/46
热工基础
二 设计计算和校核计算的步骤(平均温差法)
1 设计计算
一般给定冷热流体的水当量 qm1, qm2 和进出
口温度中的三个，需要确定换热面积 A
①初步选定冷热流体的流动方向及换热表面 型式
逆流时
t t1 t2
d k dA t
d qm1c1 dt1 d qm2c2 dt 2
33/46
热工基础
顺流： 逆流：
t t1 t2 t t1 t2 t t1 t2 t t1 t2
34/46
热工基础
tm
tmax tmin ln tmax
t m in
tmax max t', t'' tmin min t', t''
热工基础
扩展表面
75/46
热工基础
扩展表面
76/46
热工基础
扩展表面
77/46
热工基础
螺旋管
78/46
热工基础
impinging jet
79/46
热工基础
• 无源技术(被动技术) • 有源技术(主动技术)
其主要手段有： ① 对换热介质做机械搅拌； ② 使换热表面振动； ③ 使换热流体振动； ④ 将电磁场作用于流体
热工基础
第二节 换热器及其热计算
热流科学与工程教育部重点实验室
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热工基础
解决工程实际问题的思路
• 分析实际问题中哪些热量传递方式在起作用 • 用什么方法计算传热量或温度分布 • 传热的强化或削弱应从什么环节入手
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热工基础
§1-1 传热过程的分析和计算
• 传热过程
热量从壁面一侧的流体通过壁面传到另一侧 流体中去的过程
Nuf 0.023 Ref 0.8Prf n
hd
0.023
ud
0.8
c
p
n
h
0.023
c 0.6 0.4 p
u 0.8
0.4
d 0.2
提高流速 减小管径 改变物性
这一分析适用于所有单相对流换热
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热工基础
③ 强化单相对流换热的技术手段
粗糙表面
73/46
热工基础
扩展表面
74/46
热工基础
二 通过肋壁的传热
肋侧总面积
Ao A1 A2