10.2 换热器的总传热系数
换热器的传热系数K
介质不同，传热系数各不相同我们公司的经验是：1、汽水换热：过热部分为800~1000W/m2.℃饱和部分是按照公式K=2093+786V(V是管流速）含污垢系数0.0003。
水水换热为：K=767(1+V1+V2)(V1是管流速，V2水壳程流速）含污垢系数0.0003实际运行还少有保守。
有余量约10%冷流体热流体总传热系数K，W/(m2.℃)水水 850～1700水气体 17～280水有机溶剂 280～850水轻油 340～910水重油60～280有机溶剂有机溶剂115～340水水蒸气冷凝1420～4250气体水蒸气冷凝30～300水低沸点烃类冷凝 455～1140水沸腾水蒸气冷凝2000～4250轻油沸腾水蒸气冷凝455～1020不同的流速、粘度和成垢物质会有不同的传热系数。
K值通常在800~2200W/m2·℃围。
列管换热器的传热系数不宜选太高，一般在800-1000 W/m2·℃。
螺旋板式换热器的总传热系数（水—水）通常在1000~2000W/m2·℃围。
板式换热器的总传热系数（水（汽）—水）通常在3000~5000W/m2·℃围。
1．流体流径的选择哪一种流体流经换热器的管程，哪一种流体流经壳程，下列各点可供选择时参考(以固定管板式换热器为例)(1) 不洁净和易结垢的流体宜走管，以便于清洗管子。
(2) 腐蚀性的流体宜走管，以免壳体和管子同时受腐蚀，而且管子也便于清洗和检修。
(3) 压强高的流体宜走管，以免壳体受压。
(4) 饱和蒸气宜走管间，以便于及时排除冷凝液，且蒸气较洁净，冷凝传热系数与流速关系不大。
(5) 被冷却的流体宜走管间，可利用外壳向外的散热作用，以增强冷却效果。
(6) 需要提高流速以增大其对流传热系数的流体宜走管，因管程流通面积常小于壳程，且可采用多管程以增大流速。
(7) 粘度大的液体或流量较小的流体，宜走管间，因流体在有折流挡板的壳程流动时，由于流速和流向的不断改变，在低Re(Re>100)下即可达到湍流，以提高对流传热系数。
总传热系数的公式
总传热系数的公式总传热系数是热传递领域中的一个重要概念，它的公式对于理解和计算热交换过程至关重要。
咱们先来说说总传热系数到底是啥。
想象一下，在冬天，你坐在一个窗户旁边，感觉有冷风从窗户缝里钻进来，让你觉得冷飕飕的。
这时候，热量就从室内通过窗户传递到了室外。
而总传热系数呢，就像是衡量这个传递过程“快慢”的一个指标。
那总传热系数的公式到底是啥呢？它可以表示为 1 / U = 1 / h₁ + δ / λ + 1 / h₂。
这里的 U 就是总传热系数啦，h₁和 h₂分别代表热流体和冷流体与壁面之间的对流传热系数，δ 是壁面的厚度，λ 是壁面材料的热导率。
为了让您更明白这个公式，我给您讲个我自己的经历。
有一次，我去一个工厂参观，看到工人们正在调试一个大型的换热器。
那个换热器长得就像一个巨大的铁盒子，里面有各种管道和隔板。
我就好奇地问一个老师傅，这玩意儿是咋工作的。
老师傅特别耐心，跟我说：“你看啊，这边流进来热的液体，那边流进来冷的液体，它们在这盒子里交换热量。
而这个交换热量的效率，就得看总传热系数。
”他指着换热器的外壳说：“这外壳的厚度，还有这材料的导热性能，就影响着总传热系数。
就好比这外壳厚了，热量就不容易传过去，总传热系数就小了；要是这材料导热好，那系数就大。
”然后他又说：“还有这两边的流体，流动得快还是慢，也有讲究。
流得快，对流传热系数就大，总传热系数也跟着变。
”我当时听得似懂非懂，但回去好好琢磨了一下，结合这个公式，就豁然开朗了。
在实际应用中，这个公式用处可大了。
比如说，在设计暖气系统的时候，工程师们就得用这个公式来算一算，管道和散热器得做成啥样，才能让房间里快速暖和起来，还不浪费太多能源。
再比如，在化工生产中，要控制反应温度，就得通过调整换热器的参数，这时候就得靠总传热系数的公式来帮忙。
总之，总传热系数的公式虽然看起来有点复杂，但只要您结合实际的例子去理解，就会发现它其实是个很有用的工具，能帮助我们解决很多和热传递相关的问题。
换热器的传热及阻力计算
与顺流类似，逆流时：
1 exp NTU (1 Cr ) (1 Cr ) exp NTU (1 Cr )
当冷热流体之一发生相变时，相当于 Wmax ，即
CrLeabharlann Wm in Wm ax
0
，于是上面效能公式可简化为
1 exp NTU
当两种流体的热容相等时，即 公式可以简化为
q qm ax
W1t1 t1 Wmint1 t2
t1 t1 t1 t2
t1 t1 (t1 t2 ) ①
根据热平衡式得：W1(t1 t1) W2 (t2 t2 )
热容比
于是
t2
t2
W1 W2
(4) 对于有相变的换热器，如蒸发器和冷凝器，发生相变的 流体温度不变，所以不存在顺流还是逆流的问题。
T
TCond
x In 冷凝 Out
T
TEvap x In 蒸发 Out
利用平均温差法设计计算的步骤：
1、设计计算
(1)初步布置换热面，并计算出相应的总传热系数k (2)根据给定条件，由热平衡式求出进、出口温度中的那个
（a）由换热器冷热流体的进出口温度，按照逆流方式 计算出相应的对数平均温差；
（b）从修正图表由两个无量纲数查出修正系数
P t2 t2 、R t1 t1
t1 t '2
t2 t2
(c) 最后得出叉流方式的对数平均温差
tm （tm）
1－2、1－4等多流程管壳式换热器的修正系数 2－4、2－8等多流程管壳式换热器的修正系数
2、两种设计方法
（1）平均温差法 （2）效率单元数法(-NTU)法
10传热学-传热过程和换热器
tf1 tf 2
K
For steady heat transfer through a series composite wall
K
1 1 n i 1 h1 i 1 i h2
二、通过圆筒壁的传热 (heat transfer through a cylinder)
二、对保温隔热材料的要求 1. 有最佳密度：使用时，应尽量使其使用密 度接近最佳密度； 2. 热导率小：选用热导率小的材料； 3. 温度稳定性好：在一定温度范围内，物性 值稳定 4. 有一定的机械强度； 5. 吸水、吸湿性小：水分会使材料导热系数 大大增加。 三、最佳保温隔热厚度
四、保温结构 为防止水或湿气进入，外加保护层。 为减少对环境的辐射散热，外加铝箔或聚酯镀铝薄膜。 五、保温隔热效率 设备和管道保温隔热前后的散热量(或冷损失量)之差 与保温隔热前散热量0(或冷损失量)之比，即：
Heat transfer rate:
KAt KA(t f 1 t f 2 )
where A—surface area, m2 t—temperature difference, C K—overall heat transfer coefficient, W/m2· C
一、通过平壁的传热 (heat transfer through a plane wall)
注意：对于低温、超低温管道和设备的保冷，一般的 保温隔热材料不能满足要求，须采用多层镀铝薄膜和 网状玻璃纤维布并抽真空。
0 0
§3 换热器(Heat exchangers)
一、换热器的种类(Heat exchanger types) 1. 按原理分 间壁式换热器：冷热流体被固体壁隔开，如蒸发 器、冷凝器等。 混合式换热器：在这种换热器中，两种流体相互 混合，依靠直接接触交换热量。如水和空气直接 接触的冷却水塔。 回热式(或蓄热式、再生式)换热器：在这种换热 器中，冷热流体交替地与固体壁接触，使固体壁 周期地吸热和放热，从而将热流体的热量传给冷 流体。如锅炉的再生式空气预热器和燃气轮机的 空气预热器。
管壳式换热器总传热系数的大致范围
管侧流体
K
W∕（㎡· ℃）
液 体 - 液 体 介 质 稀释沥青（溶于石油馏出物中） 水 57～110 植物油、妥尔油等 水 110～280 乙醇胺（单乙醇胺或二乙醇胺）10％～20％ 水或单乙醇胺或二乙醇胺 800～1100 软化水 水 1700～2800 燃料油 水 85～140 燃料油 油 57～85 汽油 水 340～910 重油 重油 45～280 重油（热） 水（冷） 60～280 富氢重整油 富氢重整油 510～880 煤油或瓦斯油 水 140～280 煤油或瓦斯油 油 110～200 煤油或喷气发动机燃料 三氯乙烯 230～280 润滑油（低粘度） 水 140～280 润滑油 油 60～110 石脑油 水 280～400 石脑油 油 140～200 有机溶剂（热） 盐水（冷） 170～510 有机溶剂 有机溶剂 110～340 水 烧碱溶液（10％～30％） 570～1420 蜡馏出液 水 85～140 蜡馏出液 油 74～130 水 水 1100～1420 道生油 重油 45～340 冷 凝 蒸 气 - 液 体 介 质 酒精蒸气 水 570～1100 沥青 道生油蒸气 230～340 道生油蒸气 道生油 460～680 煤气厂焦油 水蒸气 230～280 高沸点烃类（真空） 水 60～170 低沸点烃类（大气压） 水 460～1100 烃类蒸气（分凝器） 油 140～230 有机蒸气 水 570～1100 有机蒸气（大气压下） 盐水 490～980 有机蒸气（减压下且含少量不凝气） 盐水 240～490 有机蒸气（传热面塑料衬里） 水 230～900 有机蒸气（传热面不透性石墨） 水 300～1100 水（u=1～1.5） 汽油蒸气 520 原油（u=0.6） 汽油蒸气 110～170 煤油蒸气 水 170～370 煤油或石脑油蒸气 油 110～170 石脑油蒸气 水 280～430 水蒸气 供给水 2300～5700
传热学第十章传热过程和换热器计算-精选文档
热热阻增加较多，而使换热热阻
降低较少，从而，使总热阻增加， 起到削弱传热的效果；
Ai
A2
而设置肋片使导热热阻增加较少，
而换热热阻降低较多，从而，使 总热阻下降，起到强化传热的作 用。
二、传热方程中的平均传热温差
K A t K A ( t t ) f 1 f 2
都在变化，如下图：
3 间壁式换热器的器，流体有顺 流和逆流两种，适用于传热量不大或流体流量不大的情形
(2) 管壳式换热器：最主要的一种间壁式换热器，传热面由
管束组成，管子两端固定在管板上，管束与管板再封装在外
壳内。两种流体分管程和壳程。
T A , out
T side) B ,in(shell
混合式：换热器内冷、热流体直接接触、互相混合来实现
热量交换。 蓄热式：冷、热两种流体依次交替地流过换热器的同一 换热面（蓄热体）实现非稳态的热量交换。 间壁式：换热器内冷、热流体由壁面隔开，热量由热流体
到冷流体传递过程是由热流体与壁面间的对流换
热、壁的导热、壁面与冷流体间的对流换热三个 环节组成的传热过程。（应用最广泛）
严格上，仅在dA时成立
实际传热过程中，通常，两个流体的温度随着传热的流程
T T ot) h (H
T
T1
Th Tc
T 2
T 1
T c (cold) x
T2
x
如何计算平均传热温差？平均传热温差与传热器的形式有关！
10.2 换热器的型式
1 换热器的定义：用于使热量从热流体传递到冷流 体，以满足规定工艺要求的装置。 2 换热器的分类：
t t t t t t h c h c
常用换热系数的经验值
常用换热系数的经验值在换热器的设计选型时, 一般先选用一个经验的传热系数, 然后再校验换热面积能否达到下面列表常用换热器的经验传热系数1.管壳式热交换器的经验传热系数流体传热系数内侧外侧W·m-2·℃-1气气10~35气清水20~70清水清水1000~2000 高粘度液体清水100~300 低粘度液体清水200~450 低粘度液体低粘度液体116~337 水水蒸汽冷凝1000~20002. 螺旋板式热交换器的经验传热系数流体传热系数W·m-2·℃-1清水清水1750~2210清水油140~350清水气35~70有机物有机物350~810 油油160~200水水蒸汽冷凝1980~39803. 板式热交换器的经验传热系数流体传热系数W·m-2·℃-1清水清水2900~4950冷水油400~580清水气25~58油油175~350水蒸汽油810~930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。
注意应选用工艺条件接近、传热设备类似的较为成熟的经验K 值作为设计依据。
. k4 v1 g0 R( P流体种类总传热系数K W/(m2?K)4 ~% C! a6 W1 J水—气体 12~60% e" d6 X" O' B/ `) d R水—水 800~1800水—煤油 350左右/ D* V! e1 f" b" T水—有机溶剂 280~850气体—气体 12~35饱和水蒸气—水 1400~47003 Y! q1 W6 {8 r; G0 D4 W* a饱和水蒸气—气体 30~3008 p6 _. d# B# H' s4 `饱和水蒸气—油 60~350饱和水蒸气—沸腾油 290~870。
换热器的传热计算
换热器的传热计算换热器的传热计算包括两类：一类是设计型计算，即根据工艺提出的条件，确定换热面积；另一类是校核型计算，即对换热面积的换热器，核算其传热量、流体的流量或温度。
这两种计算均以热量衡算和总传热速率方程为根底。
换热器热负荷Q 值一般由工艺包提供，也可以由所需工艺要求求得。
Q=W c p Δt ，假设流体有相变，Q=c p r 。
热负荷确定后，可由总传热速率方程〔Q=K S Δt 〕求得换热面积，最后根据"化工设备标准系列"确定换热器的选型。
其中总传热系数K=0011h Rs kd bd d d Rs d h d o m i i i i ++++ 〔1〕在实际计算中，总传热系数通常采用推荐值，这些推荐值是从实践中积累或通过实验测定获得的，可以从有关手册中查得。
在选用这些推荐值时，应注意以下几点：1. 设计中管程和壳程的流体应与所选的管程和壳程的流体相一致。
2. 设计中流体的性质〔粘度等〕和状态〔流速等〕应与所选的流体性质和状态相一致。
3. 设计中换热器的类型应与所选的换热器的类型相一致。
4. 总传热系数的推荐值一般围很大，设计时可根据实际情况选取中间的*一数值。
假设需降低设备费可选取较大的K 值；假设需降低操作费用可取较小的K 值。
5. 为保证较好的换热效果，设计中一般流体采用逆流换热，假设采用错流或折流换热时，可通过安德伍德〔Underwood〕和鲍曼〔Bowman〕图算法对Δt进展修正。
虽然这些推荐值给设计带来了很大便利，但是*些情况下，所选K值与实际值出入很大，为防止盲目烦琐的试差计算，可根据式〔1〕对K值估算。
式〔1〕可分为三局部，对流传热热阻、污垢热阻和管壁导热热阻，其中污垢热阻和管壁导热热阻可查相关手册求得。
由此，K值估算最关键的局部就是对流传热系数h的估算。
影响对流传热系数的因素主要有：1.流体的种类和相变化的情况液体、气体和蒸气的对流传热系数都不一样。
牛顿型和非牛顿型流体的也有区别，这里只讨论牛顿型对流传热系数。