气热交换器设计计算
热交换器计算示例-精
《热交换器计算示例》2.6 管壳式热交换器[例2.2] 试对固定管板的管壳式煤油冷却器进行传热计算、结构计算和阻力计算。
在该热交换器中，要求将14 t/h的T-1煤油由140 ℃冷却到40 ℃，冷却水的进、出口水温为30 ℃和40 ℃，煤油的工作表压力为0.1 MPa，水的工作表压力为0.3 MPa。
[解]由已知条件，选用两台〈1－2〉型管壳式热交换器串联工作，水的结垢性强，工作压力也较高，故使其在管程流动，而煤油的温度、压力均不高，且较洁净，在壳程流动也是合适的，计算过程和结果列于表2.11中。
表2.11 例2.2计算表格3.1 螺旋板式热交换器[例3.1] 试设计一台螺旋板式热交换器，将质量流量3 000kg/h的煤油从t′1= 140℃冷却到t″1=40℃。
冷却水入口温度t′2=30 ℃，冷却水量为M2=15 m3/h。
[解]①煤油的热物性参数值煤油平均温度按卡路里温度计算，即t1m＝t″1＋F c (t′1－t″1)＝40＋0.3(140－40)＝70℃。
查得煤油在70℃时物性参数值：黏度μ1＝10.0×10－4kg/(m·s)，导热系数λ1＝0.14 W/(m·℃)，比热c p1＝2.22×103J/(kg·℃)，密度ρ1＝825 kg/m3。
②传热量QQ＝M1 c p1 (t′1－t″1)＝3 000×2.22×103×(140－40)＝666 000×103J/h③冷却水出口温度t″2由Q＝M2 c p2 (t″2－t′2)，得t″2＝QM2c p2＋t′2＝666 000×10315×994×4.18×103＋30＝40.6℃④冷却水的热物性参数值冷却水的平均温度t2m＝t′2＋t″22＝35.3℃，冷却水在该温度下的热物性参数值为：黏度μ2＝7.22×10－4kg/(m·s)，导热系数λ2＝0.627 W/(m·℃)，比热c p2＝4.18×103J/(kg·℃)，密度ρ2＝994 kg/m3。
1 热交换器的热基本计算
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
换热器热量计算范文
换热器热量计算范文换热器（也称热交换器）是一种用于传递热量的设备，广泛应用于工业领域，例如电厂、石化厂、制药厂等。
在热量计算中，准确地估算换热器的换热量是非常重要的。
本文将探讨换热器热量计算的基本原理、常见类型以及计算方法。
换热器热量计算的基本原理是根据热传导的基本规律，即热量会从高温区域传递到低温区域。
通过控制流体在换热器内的流动，我们可以有效地将热量从热源传递给冷源。
换热器的热量传递主要依靠传感器和换热介质的流量、温度以及热传导系数等参数的测量。
换热器的类型可以分为两大类：直接换热和间接换热。
直接换热是指热量直接传递给流体，例如将蒸汽直接传递给水，实现水的加热。
间接换热则是通过换热介质传递热量，例如将燃气燃烧后产生的热量传递给水，实现热水的供应。
在实际的热量计算中，我们需要考虑很多因素，例如换热器的尺寸、材质、设计参数等。
其中，最重要的参数是热传导系数（U值）、传热面积（A值）和温差（ΔT值）。
热传导系数是指换热器材料传导热量的能力，它越大表示材料的导热性能越好。
传热面积是指换热器用于传递热量的表面积，它越大表示换热器能够处理的热量越大。
温差是指热源和冷源之间的温度差异，它越大表示换热能力越强。
根据这些参数，我们可以利用传热方程来计算换热器的热量。
传热方程的一般形式为Q=U*A*ΔT，其中Q表示换热器的热量，U表示热传导系数，A表示传热面积，ΔT表示温差。
实际的换热器热量计算需要考虑更多的因素，例如流体的物性参数、换热器的工作条件等。
在计算过程中，我们需要采集流体的温度、流量等实时数据，并根据热传导方程进行计算。
常见的方法包括传感器测量法、平均温度差法、传热系数法等。
传感器测量法是通过安装温度传感器和流量计等仪器，实时监测流体的温度和流量，从而计算换热器的热量。
这种方法精度较高，但对仪器的要求也较高。
平均温度差法是通过计算热源和冷源之间的平均温度差来估算换热器的热量。
这种方法简单易用，但精度相对较低。
热交换器计算及设计
针对现成的热交换器，目的在于确定流体的出 口温度，并了解该换热器在各种工况下的性能 变化，判断能否完成非设计工况下的换热任务
热交换器热力计算核心参数
传热面积 ＆传热量
热流体出 冷流体入 口温度 口温度
热流体入 口温度
冷流体出 口温度
热力计算的核心在于寻找上面五个物理量之间的关系
换热器设计基本关系式
制糖造纸工业中的蒸发器等等 化工、航天、机械制造、食品、医药行业中。。
凝汽式燃煤电厂生产过程
凝汽部分换热过程
低压加热器
除氧器换热过程
高压加热器
省煤器
过热器
空预器
对换热器的基本要求
满足工艺要求，热交换强度高，热损失小 工艺结构在工作温度压力下不易遭到破坏，
制造简单，维修方便，运行可靠 设备紧凑（对于航天、余热利用、大型设
按照传送热量的方法：间壁式、混合 式、蓄热式（回热式）、流体耦合间 接式等
按照流动方向的分类
a. 顺流 b. 逆流 c. 交叉流（错流） d. 总趋势为逆流的四次
错流 e. 总趋势为顺流的四次
错流 f. 混流式：先顺后逆平
行流 g. 混流式：先逆后顺的
串联混和流
按照热量传输方式划分
间壁式换热器 冷流体和热流体之
该类型热交换器的管子常用直管（蛇管）或螺旋弯管（盘 管）组成传热面，将管子沉浸在液体的容器或池内
多用于液体预热器、蒸发器或气体冷却、冷凝 管外液体中的传热以自然对流方式进行，传热系数低，体
积大，但是结构简单、制造、修理、清洗方便。
沉浸蛇管换热
管式热交换器类型
－喷淋式热交换器
该类型热交换器将冷却水 直接喷淋到管子外表面使 管内的热流体冷却或冷凝
热交换器的选型和设计指南三讲解
热交换器的选型和设计指南三2010-01-26 20:15:11 来源：热泵热水器技术网浏览：136次11管壳式换热器的设计要点换热器的设计过程包括计算换热面积和选型两个方面。
有关换热器的选型问题，前面已经讲过了，下面主要介绍管壳式换热器的设计要点及如何分析计算结果、调整计算，而设计出满足工艺需要的、传热效率高的换热器。
11.1设计计算的基本模型及换热器的性能参数换热器的性能主要是通过下列公式来描述的。
a.冷、热两流体间热量平衡Qreq=(WCpΔT)hot=(WCpΔT)coldW--流体质量流量Cp--流体的比热hot--热流体cold--冷流体ΔT--进出口温度差b.传热率方程Qact=(A)(ΔTm)(1/ΣR)ΣR=(1/hi)o+(1/ho)o+(Rf)o+(Rw)oΣR--总热阻A--传热面hi、ho--分别为两流体的传热膜系数Rf--两流体的污垢热阻Rw--金属壁面热阻ΔTm--平均温度差O--通常换热计算以换热管外表面为基准c.传热率的估算Qact≥Qreqd.对压力降的限制条件(ΔPi)act≤(ΔPi)allow(ΔPo)act≤(ΔPo)allowΔP--压力降下标i表示管内下标o表示管外11.2换热器的计算类型换热器的计算类型常分为设计计算和校核计算两大类。
换热器计算一般需要三大类数据：结构数据、工艺数据和物性数据，其中结构数据的选择在换热器中最为重要。
在管壳式换热器的设计中包含有一系列的选择问题，如壳体型式、管程数、管子类型、管长、管子排列、折流板型式、冷热流体流动通道方式等方面的选择。
工艺数据包括冷、热流体的流量、进出口温度、进口压力、允许压降及污垢系数等。
物性数据包括冷、热流体在进出口温度下的密度、比热容、粘度、导热系数、表面张力。
a.设计计算 Design设计计算就是通过给定的工艺条件，来确定一台未知换热器的结构参数，并使其结构最优、尺寸最小。
对设计计算应先确定下列基本的几何参数：－－管长－－管间距－－流向角－－换热管外径及管壁厚b.校核计算 Rating校核计算就是评估一台已知换热器的传热性能，即通过校核设备的几何尺寸来看其是否能满足传热要求。
换热器设计计算
污垢热阻的大致数值
流体种类
水(u<1m/s, t<50℃) 海水 河水 井水 蒸馏水
锅炉给水 未处理的凉水塔用水 经处理的凉水塔用水 多泥沙的水
盐水
污垢热阻 m2·℃/W
0.0001 0.0006 0.00058 0.0001 0.00026 0.00058 0.00026 0.0006 0.0004
校核性热计算 针对现成的换热器，其目的在于确定流体 的出 口温度
因此： 设计型——已知任务设备 操作型——已知一定设备预测、调节结果
1、设计型计算的命题
给定生产任务：ṁ1，T1T2(or ṁ2，t1t2) 选择工艺条件：t1，t2 计算目的：换热器传热面积A（管子规格，根数）；ṁ2 特点：结果的非唯一性。
换热器设计计算
5.1 换热器类型
换热器类型 按结构分为
间壁式
套管式 交 壳 板叉 管 式流 式(换管热壳器式)管 管 板翅 束 翅式 式 式
螺旋板式
夹套式
混合式
蓄热式
按用途分为：加热器、冷却器、冷凝器、蒸发器、再沸器
蓄热器（蓄能器）
（一）间壁式换热器 一、套管式换热器
二 、管壳式换热器
2、设计计算公式：
质量衡算：ṁ1
ṁ2
ṁn = ?
dn = ?
热量衡算： Q = ṁ1Cp1(T1 - T2) = ṁ2Cp2(t2 - t1)
传热速率式： Q = KAtm
注意： 计算单位要统一
➢ 热量：由于温差的存在会导致能量的交换。 该交换过程称为热交换或热传递。 热量的国际单位：焦耳（J）或常用单位：卡（cal）。 换算关系：1cal=4.19J
（对数平均数）
Δt1 Δt2 ln Δt1
气热交换器设计计算
通 过对烘房及加热物品的热量 � 衡算 , 从而确定单位时 的计算方法是 � � 间内需热量 引入传热方程 � � � � � ( � Q ). � � � � � � � � � = ( (11- 22 )/(12 - 21 ) 11 - 22 ) - ( 12 - 21 ) / 进 , 出换热器烟气温度 ( � � � � A=Q / K � � ( 1) �) 11 12 式中 Q 单 位时间内烘 房及加 热物品需 热量 , 进 , 出换热器被加热空气温度 ( � � � � � �) 21 22 � � � J/ K A 热交换器的传热系数 , J/ 换热 面积 ,
因此热交换器内烟气流速的确定应主要决定于燃烧机的工况阻力目前市场上所能提供的油气燃烧机都是在微正压状态下达到最佳工作状态其发出功率与燃烧室内压力的关系为研究与成都市农林科学院四川成都邮编摘要介绍一类型燃油气热交换器从换热计算及结构设计方面进行了阐述关键词热交换器计算结构从上图中可以看出当燃烧室内压力小于50燃烧机才能发出最大功率因此从管道阻力同烟气速率关系分析热交换器内烟气流速不能过快其阻力计系数单行程a1两行程a13实践中烟气流速一般取116对被加热空气的要求在此类换热器中被加热空气的流动方向是从下至上正负压方式均可空气速度一般要求为烟道布置从生产实践和工艺设计要求上烟道布置采用回流两行程式此方式有效解决了传热的不均匀性并提高了传热效率而烟道阻力能满足燃烧机的工况要求热变形在烟道结构设计中充分考虑了热变形1上图中主要受热件换热管2燃烧室5均可沿长度方向伸缩2上图中支架4与换热器主体采用柔性连接而支架4与换热系统之间采用了限位连接安全机构为了预防燃烧机出现点火滞后故障而产生爆燃引起燃烧室内压力剧增而出现安全事故特设置了卸压观察口当产生爆燃时卸压观察口上的重力盖板自动打开达到及时卸压的目的设计实例一条货车车身喷涂线中的固化炉炉体内尺寸循环风量23000型单段火天然气燃烧机输出功率169对固化炉及加热车身进行热量衡算确定单位时间内需热量22800021热交换器的传热系数k为44引入传热方程1则22800044211614结论51以上计算的结果同实际运用的效果接近原因是在运用经典公式计算中重新定义了综合传热系数的范围从而简化了工况中传热系数的计算并在实践中有效扩大了换热范围从而提高了换热效率52此换热器在工作中对换热空气的流动方向要求较高在换热器外形及风道设计上力求降低阻力和有效分风当要求换热空气的温度较高时可对换热器外形添加翅片以引导换热空气的流动方向和增加换热面积但要控制由此增加的换热器热惯性53在实际设计中可适当加大换热器的换热面积更重要是要尽量符合市场提供的板材尺寸从而降低制造成本54在节约能源方面可充分利用排放烟气余热因地制宜地进行如预热空气预热被加热物生产热水等收稿日期参考文献1
烟气换热计算与过程设计0601
01
换热器的应用及选型
02
管式换热器工艺计算
03
换热器常规经验参数
04
换热器实例计算分析
目录
应用背景
换热器也称热交换器，是把热量从一种介质传给另 一种介质的设备。
换热器广泛应用于广泛应用于化工、能源、机械、 交通、制冷空调、航空航天以及日常生活等各个领 域。 换热器不仅是保证某些工艺流程和条件而广泛采用 的设备，也是开发利用工业二次能源，实现余热回 收和节能利用的主要设备。
对于如图所示的简单多程交叉流， 只要折流一方的折流次数多于4次，就 可以按纯逆流或纯顺流来计算。
对于复杂的多程交叉流
tm
tm
ctf
tm ctf 为冷、热流体进、出口温度相同情况下逆流时
的对数平均温差；为小于1的修正系数，
f P, R
P t2 t2 t1 t2
R t '1 t1 t2 t2
在以上三种类型的换热器中间壁式换热器的用量最大，是 占主导地位的换热器型式。
设计流程 传热表面的 工作特性 几何参数
流体及材料 的热物理
性质
换 热
换热器 设计指标
总体布置： 选定类型、结构及材料
流动形式
热设计 传热计算 流阻计算
器
传热表面
优化分析
工
艺
评价依据
设 计 流 程
最
佳 设
评价和抉择
计
可
供 选
结构设计：
择
构造、强度、振动、
的
密封、工艺、维修等
方
案
择优条件
设计指标
1. 已知热流体热量 qm1，温度 T1、T2，t1 冷却介质 温度 t1
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� 从生产实践和工艺设计要求上 , 烟道布 置采用回 造成本 流两行程式 此方式有效解决了传热的不均匀性 , 并提 5.4 高了传热效率 , 而烟道阻力能满足燃烧机的工况要求 制宜地进行如 预热空气, 预热被加热物 , 生产热水等 � � 3. 3 热变形 在烟道结构设计中 , 充分考虑了热变形 燃烧室 5 均 可沿 ( 1) 上图中 主要受热件换 热管 2, 长度方向伸缩 ( 2) 上图中支架 4 与换热器主体采用柔性 连接 , 而
, 定义 为间接加 热空气与 热交
换器接触的部分 � 对数平均温差 .
在 上式中 , 传热系 数的计算 最不确 定 , 引入 " 空气 和燃烧气在管内强制对流时的 传热系数 " 方程式相对 较准确 1/K = 1/ 1 + 1/
1 2 2 2 0. 75
( 2) /D
0. 25 内
= 15 . 1+ 1. 09 1/ 100-0. 032(1/ 100) =0. 15 5
研
究
与ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
设
计
技术篇
高效燃油
�气 热 交 换 器 设 计 计 算
� � � � � � � � � �刘 卫 成都市农林科学院 四川成都 邮编
摘要 介绍一类型燃油� 气热交换器， 从换热计算及结构设计方面进行了阐述� 关键词 热交换器 计算 结构�
� � � 概述 � 烟气的平均温度 ,� ,一般选择 85 0� 左右 1 � � � 燃油 � /气热交 � � 换器是一种以 燃油或天然 气为热源 , 烟气流速 , / � � 间 接加热空气的装置 . 随着油 术日趋完 , 换 热管内经 , , 一 般选择 0. � � /气燃烧机技 � � D 内 08 - 0. 04 � 燃 油/气热交 换器越来越广泛应 用于农副产 品加工业 , 之间 � 喷涂工业等行业的烘干固化环 节上 . 笔者在借鉴日本 换热管外经, , 换热管 壁厚一般选择 � � � � D外 和 意大利燃油 之间 � � � � � /气热交换器的 基础上 , 结合 国内实际情 1. 2 -1. 5 况 , 开发 出系列 高效 燃油 循环空气比热 , J/ � � � � � � � � � /气 热交换 器 , 并 通过 大量实 � 践运用 , 其性价比较高 . � � � � ( ) � � � � � 流速 , / , . 设计要素 按 照工艺要求 , 确定烘房温 度 () 和升温时 间 (), 这种方法计算所得到的传热系 数与实测计算所得 到的结果接近 . 被 加热 空 气流 经热 交换 器 断面 处最 大
2 2
修正系数 , 取 0. 85 .
�
在( 2 ) 式中 , 热 交换器 内烟气流 速越高 , 传热 效率 就越高 , 但流动阻力就越大 . 因此 , 热交换器内烟气流 速的 确定应主要 决定于 燃烧机的 工况阻 力 , 目前 , 市场 上 所能提 供的 油 /气燃烧 机都 是在微 正压 状态下 达到 最佳工 作状态 , 其 发出功率与 燃烧室内压 力的关系为
参考文献 1. 化 学工业部第 八设计院编 . 化工 传热及 燃烧， 北京 ： 化 学工业出版社 2. 第一机械工业部第一设计院主编 . 工业炉设 计手册， 北 京： 机械工业出版社
（ 收稿日期 ���� 年 �� 月 � 日）
� � � � � � � 四川农机 年第 期
1 2
( 3) ( 4)
( )
0. 6
/D
外
0. 4
式中 热系数 , J/
2
烟气 在热 交换 器内 强制 对 流时 的传 �
被加热空 气垂直流经换 热管束时的 传热系
2
数 , J/
�
四川农机
年第
期
技术篇
( 以 IE LL O - G 20 为例 ) :
研
究
与
设
计
� 支架 4 与换热系统之间采用了限位连接 时, 3 .4 安全机构 为了预 防燃烧机 出现点 火滞后故 障而产生 爆燃 , 引起燃烧室内压力剧增而出现安全事故 ,特 设置了卸 压 ( 观察 ) 口 , 当产生爆燃时 , 卸压 ( 观察 ) 口上 的重力盖
从上图中可以看出 , 当燃烧室内压力小于 50
燃烧机才能发出最大功率 因此 , 从管道阻力同烟气速 率关系分析 , 热交换器内烟气流速不能过快 , 其阻力计 算为 = 5. 04 (1+
1 2
板自动打开 , 达到及时卸压的目的 )( � F + L/ D 内 )N / 2 (5 ) �
烟气通道阻力 , 烟气比重 , K / 3, 一般取 0. 4 1/ 27 3 设计实例 , 升
2 2
-
引入
� � � � � � � � =5.04 ( 1+ 1)( F + L/ D 内 )N 2/ 2 = 56 ( ) � 结论 原 因是 5.1 以上计 算的结果同实 际运用的效 果接近 , 在运用经典公式计算中重新定义了综合传热系 数的范 围, 从而简化了工况中传热系数的计算 , 并在 实践中有 � 效扩大了换热范围 , 从而提高了换热效率 5.2 3. 1 对被加热空气的要求 在此类换热器中 , 被加热空气的流动方向 是从下 此 换热 器在工 作中 对换热 空气 的流 动方 向要 求
通 过对烘房及加热物品的热量 � 衡算 , 从而确定单位时 的计算方法是 � � 间内需热量 引入传热方程 � � � � � ( � Q ). � � � � � � � � � = ( (11- 22 )/(12 - 21 ) 11 - 22 ) - ( 12 - 21 ) / 进 , 出换热器烟气温度 ( � � � � A=Q / K � � ( 1) �) 11 12 式中 Q 单 位时间内烘 房及加 热物品需 热量 , 进 , 出换热器被加热空气温度 ( � � � � � �) 21 22 � � � J/ K A 热交换器的传热系数 , J/ 换热 面积 ,
� 一条货 车车身喷 涂线中 的固化炉 , 炉体 内尺寸
� � � F � 系数 � , 单行程 A =1 两行程 A=1. � 3 三行程 A =1 . 6 ( 长 )9 .2 ( 宽 )3 .9 ( 高 )3 .65 , 固化 温度 140
3
单行程换热管长度 , 温时间 小于 3 0 , 循环风量 23 000 / , 燃烧机 采用 � � � L � � 行程数 � N � � B 50G F 型 单段 火天 然气燃 烧机 , 输 出功 率 169 烟气排放温度为 27 0 � � 9. 8 � /� 59 6 , - 烟气流速 , / 对固化炉及加热车身进行热量衡算 , 确定 单位时 实践中烟气流速一般取 间内需热 量 ( ) 为 228 000 J/ , 对 数平均温 差 ( � ) 为 � � � 1- 1.6 /� � � � � � � � � 3 21 , 热交换器的传热系数 ( K ) 为 44 J / 2 � � 结构特点 传热方程 (1), 则 � � � A= / K � � � = 228 000/ 44 3 21= 16. 14
较高 , 在换热器外形及 风道设计上力求降低阻 力和有 效分风 , 当要求换热空气的温度较高时 , 可对 换热器外 形添加翅片 , 以引导换热空气的流动方向和 增加换热
至上 , 正, 负压方 式均 可 , 空� 气速度 一般 要求为 3 - 6 / 面积 , 但要控制由此增加的换热器热惯性 , 在这个速度范围内 , 换热器的传热系数 变化不大 3. 2 烟道布置 5.3 在实际设计中 ,可 适当加大换热器的换热面 积 , 更 重要是要尽量符合市场提供的板材尺寸 ,从 而降低制 在节 约能源方面 , 可充分利用排放烟气余热 , 因地