换热器热计算基础..
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。
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
板式换热器换热量的计算
板式换热器换热量的计算板式换热器是一种常用的热交换设备，广泛应用于化工、电力、制药、石油等工业领域。
它以板作为换热界面，通过板间流体的对流传热和板材的导热，实现了热能的转移。
在使用板式换热器进行换热操作时，需要进行换热量的计算，以确保设备的稳定性和运行效果。
换热量的计算是基于传热原理和换热器的参数来进行的。
首先，我们需要了解以下两个基本参数：1.流体的热容量：热容量是单位质量流体温度升高1摄氏度时所吸收的热量。
它可以通过流体的物性参数和温度关系来计算得出。
2.平均换热温差：换热器工作时，进出口流体温度之差即为换热温差。
如果流体是多组进出口，则需要计算不同组之间的平均热差。
换热温差是计算换热量的关键参数。
换热量的计算方法有多种，下面列举几种常用的方法：方法一：简易法该方法适用于换热温差小于10℃时的情况。
换热量的计算公式为：Q=m*Cp*ΔT其中，Q为换热量（kW），m为流体的质量流量（kg/s），Cp为流体的热容量（kJ/kg·K），ΔT为平均换热温差（K）。
方法二：数值法该方法适用于换热温差大于10℃时的情况。
首先，要计算不同流体的修正换热温差。
修正换热温差的计算公式为：ΔTm = (ΔT1ln(ΔT2/ΔT1))/(ln(ΔT2/ΔT1))其中，ΔT1和ΔT2为流体的进出口温差。
然后，可根据修正温差和流体的热容量来计算换热量。
Q=m*Cp*ΔTm方法三：传热面积法该方法适用于需要更准确计算换热量的情况，通常需要计算传热面积。
传热面积的计算公式为：A = Q / (U * ΔTlm)其中，Q为换热量（kW），U为换热系数（W/m2·K），ΔTlm为平均对数温差（K）。
平均对数温差的计算公式为：ΔTlm = (ΔT1 - ΔT2) / (ln(ΔT1/ΔT2))其中，ΔT1和ΔT2为流体的进出口温差。
需要注意的是，以上的计算方法仅适用于理想状态的换热器。
实际情况中，还需考虑换热器的传热效率、压降、管束间距等因素。
换热器的计算举例
换热器的计算举例换热器的计算举例条件:1.空气量4100m3/h2.空气预热温度t空=300 0C (冷空气为20 0C)3.烟气量V＇＇烟＝6500m3/h (烟气温度为7000C)4.烟气成分（体积％）CO2 H2o O2N219.4 7.5 2.1 71.05.换热器的型式及材质型式：直管形平滑钢管换热器材质：换热管采用Ф 60*3.5毫米无缝钢管材质16Mn钢最高使用温度小于4500C计算举例：一. 主要热之参数的确定１.入换热器空气的温度t＇空=200C出换热器空气的温度t＇＇空=3000C2.入换热器空气量取换热器本身的漏损及管道漏损 3%则V真实=1.03 V＇空=1.03×4100=4223m/h或 V空=1.03V＇空/3600=4223/3600=1.17m/s3.入换热器烟气的温度考虑16Mn铜的最高温度不大于450℃。
初步确定入换热器的烟气温度t′烟=550℃，稀释导数确定如下：烟气700℃的比热为：C烟（700）=0.01（0.501×19.4+0.392×7.5+0.342×2.1+0.325×71）=0.365KJ／m3℃烟气在550℃的比热为：C烟（500）=0.01(0.484×19.4+0.383×7.5+0.337×2.1+0.321×71)=0.358 KJ／m3℃20℃空气的比热为0.311 KJ／m3℃则φ=（i1-i2）/(i2-i0）=(0.365×700-0.385×550)／（0.358×550-0.311×20）=0.3094.入换热器的烟气量V烟=（1+φ）V′烟=（1+0.309）×6500=8508.5m3／h或V烟=8508.5／3600=2.36m3／s5.烟气成分（%）V CO2= V′CO2（V′烟/V烟）=19.4×6500/8508.5=14.82 V H20=V′H2O（V′烟/V烟）=7.5×6500/8508.5=5.73V O2=（V′O2+21φ）V′烟/V烟=（2.1+21×0.309）×6500/8508.5=6.56V N2=（V′N2+79φ）V′烟/V烟=（71+79×0.309）×6500/8508.5=72.89Σ=1006.计算换热气的烟气温度取换热气绝热效率η换=0.90.先假定烟气出口温度为400℃。
热交换器原理与设计—第1章_热交换器热计算的基本原理_(1)
两种流体中只有一种横向混合的错流式热交换器，其 值为：
能源与动力工程教研室
对于某种特定的流动形式， 是辅助参数P、R的函 数 f ( P, R) 该函数形式因流动方式而异。
对于只有一种流体有横向混合的错流式热交换器， 可将辅助参数的取法归纳为：
t m ,算术
t max t min 2
使用条件：如果流体的温度沿传热面变化不大， 范围在
t max 2 内可以使用算数平均温差。 t min
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算术平均与对数平均温差
t m ,算术
t max t min 2
t m ,对数
t max t min t max ln t min
R 1 t t 2 2 1 P ln 1 PR
的函数
t1m,c
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为了简化 的计算，引入两辅助参数：
t 2 t2 p t2 t1
t1 t1 R t 2 t2
冷流体的加热度 两种流体的进口温差
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1.2 平均温差
1.2.2 顺流和逆流情况下的平均温差
简单顺流时的对数平均温差 假设：
(1)冷热流体的质量流量qm2、qm1 以及比热容c2, c1是常数； (2)传热系数是常数；
(3)换热器无散热损失； (4)换热面沿流动方向的导热量 可以忽略不计。 下标1、2分别代表热冷流体。 上标1撇和2撇分别代表进出口
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在假设的基础上，并已知冷热流体的 进出口温度，现在来看图中微元换热 面dA一段的传热。温差为：
换热器计算公式范文
换热器计算公式范文换热器计算公式指的是用于计算换热器传热性能的各种参数和关系的数学方程。
换热器是工程领域常用的一种设备，用于将热量从一个介质传递到另一个介质。
换热器的性能与换热器的设计参数密切相关，因此计算公式对于换热器的设计和运行至关重要。
以下是一些常用的换热器计算公式：1.整体换热系数（U值）的计算公式：U=1/[(1/h₁)+δi+(1/h₂)]其中，U为整体换热系数，h₁为热源侧传热系数，h₂为冷凝侧传热系数，δi为传热面各种传热介质之间的传热阻力。
2.热量传递率（Q）的计算公式：Q = U × A × δTlm其中，Q为换热器的热量传递率，U为整体换热系数，A为传热面积，δTlm为对数平均温差。
3. 对数平均温差（δTlm）的计算公式：δTlm = [(δT₁ - δT₂) / ln(δT₁ / δT₂)]其中，δT₁为热源侧入口温度与冷凝侧出口温度的温差，δT₂为热源侧出口温度与冷凝侧入口温度的温差。
4.传热面积（A）的计算公式：A = Q / (U × δTlm)其中，A为传热面积，Q为热量传递率，U为整体换热系数，δTlm为对数平均温差。
5.热源侧传热系数（h₁）的计算公式：h₁=(k₁×ΔT₁)/δ₁其中，h₁为热源侧传热系数，k₁为热源侧传热介质的导热系数，ΔT₁为热源侧的温差，δ₁为热源侧的传热厚度。
6.冷凝侧传热系数（h₂）的计算公式：h₂=(k₂×ΔT₂)/δ₂其中，h₂为冷凝侧传热系数，k₂为冷凝侧传热介质的导热系数，ΔT₂为冷凝侧的温差，δ₂为冷凝侧的传热厚度。
7.温差比（R）的计算公式：R=δT₁/δT₂其中，R为温差比，δT₁为热源侧入口温度与冷凝侧出口温度的温差，δT₂为热源侧出口温度与冷凝侧入口温度的温差。
这些计算公式是根据传热原理和换热器的物理特性推导而来，通过这些公式可以计算出换热器的各种参数和性能，从而进行换热器的设计、选型和优化。
化工原理-17换热器的传热计算汇总
积分上式得
(NTU)c
t2
t1
dt Tt
S
0
KdS qm,ccpc
基于冷流体的传热单元数
对于热流体，同样可写出
(NTU)h
T1 T2
dT T t
基于热流体的传热单元数
24
二、传热单元数法
传热单元数是温度的量纲为一函数，它反 映传热推动力和传热所要求的温度变化，传热 推动力愈大，所要求的温度变化愈小，则所需 要的传热单元数愈少。
并流：
若对流体的温度有所限制，如冷流体被加热 时不得超过某一温度，或热流体被冷却时不得低 于某一温度，则宜采用并流操作。
12
一、平均温度差法
（2）错流和折流时的平均温度差 单管程，多管程 单壳程，多壳程
13
一、平均温度差法
图5-10 错流和折流示意图 14
一、平均温度差法
先按逆流计算对数平均温度差，然后再乘以
存在逆流和并流的缘故。
t(并 流 ) t(错 、 折 流 ) t(逆 流 )
通常在换热器的设计中规定， t 值不应小
于0.8，否则值太小，经济上不合理。若低于此 值，则应考虑增加壳方程数，将多台换热器串 联使用，使传热过程接近于逆流。
18
二、传热单元数法
1. 传热效率ε 换热器的传热效率ε定义为
KS qm,ccpc
27
二、传热单元数法
若热流体为最小值流体，则
1exp[(NTU)m in(1CR)]
1CR
式中
(NTU)min
KS Cmin
KS qm,hcph
CR
Cmin Cmax
qm,hcph qm,ccpc
28
二、传热单元数法
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1 及传热系数 h2
k1 具有最佳值。
在工程上，当 h1 h2 3 ~ 5 时，一般选择 较小的低肋；当 h1 h2 10 时，一般选择 较大的高肋。为了有效的强化传热，肋片应 该加在表面传热系数较小的一侧。
肋片管
•
2－3 平均温压
• 换热器中流体的常见流型：
– 逆流、顺流、折流、交叉流、各式混合流， 见图 – 推导平均温压的条件设定P10
热交换器热计算基础
传热计算解决的问题
解决3个问题：①热量衡算，传热速率。②温度 沿传热面变化。③tw Tw不好测。
2－1间壁式换热器的传热分析
• • • • • 1、传热系数K 2、对流换热系数a1、a2 3、导热系数λ 4、平均温压 热平衡方程
– 无相变时的热平衡方程 – 有相变的热平衡方程
2－2传热系数
A2 A2 A2
h ' 2 2 2 t A 1 w 2
对于左侧对流换热
对于壁的导热
tf1 t w1 A1h1 tf1 t w1 1 A1h1 t w1 t w2
A1
对于肋侧对流换热 2 tf 2 A2 h2 tw 2 tf 2 A2 h2 tw 根据肋片效率的定义式
tf 1 tf 2 tf 1 tf 2 A1 A1 1 A1 1 1 1 h1 A2 h2 h1 h2
A1k1 tf 1 tf 2 A1k1t
式中 k1 称为以光壁表面积为基准的传热系数， 其表达式为 1 k1 1 1 h1 h2
h2 t w 2 tf 2 t w 2 tf 2 A2 f h2 t w 2 tf 2 t w 2 tf 2 A2
联立三式，可得通过肋壁的传热热流量计算公式为
1 1 A1h1 A1 A2h2 tf 1 tf 2
上式还可以改写成
d（t） mkdA t
d ( t ) A t ' t 0 m kdA '' t ln ' m kA t
t ' '
d (t ) mdQ
t t mQ
'' '
t t Q ' kA t ln '' t
• 这是一个由圆管内侧的对流换热、圆管 壁的导热及圆管外侧的对流换热三个热 量传递环节组成的传热过程，在稳态情 况下，运用热阻的概念，很容易求出通 过圆管的热流量。根据牛顿冷却公式以 及圆管壁的稳态导热计算公式，通过圆 管的热流量可以分别表示为
t f 1 t w 1 t f 1 t w1 d1lh1 tf 1 t w1 1 Rh1 d1lh1
t w1 t w 2 1 d2 ln 2l d1
t w1 t w 2 R
d 2lh2 t w 2
t w 2 tf 2 t w 2 tf 2 tf 2 1 Rh2 d 2lh2
Rh1 ,R ,Rh2 分别为圆管内侧的对流换热热阻、管壁的
导热热阻和圆管外侧的对流换热热阻。
流动型式示意图
流体平行流动时的温度分布
一、逆流平均温压
• 对逆流平均温压的分析 • 所得逆流平均温压的公式 • 注意问题
逆流平均温压
逆流平均温压
对数平均温差
dQ qm1c1dt1 qm2 c2 dt2
dQ dQ d t1 q m1 c1 W1 dQ dQ d t2 qm 2 c2 W2
或 1 t f 2 Akt
k 1 1 1 h1 h2
二、管壁的传热系数
• 光滑管的传热系数 一单层圆管，内、外半径分 别为 r1、r2，长度为l，热导 率为常数，无内热源，圆管 内、外两侧的流体温度分别 为tf1 、tf2, 且tf1 > tf2，两侧的 表面传热系数分别为h1、h2。
三、翅化壁(肋化壁)
在表面传热系数较小的一侧采用肋壁是强 化传热的一种行之有效的方法。下面以 平壁的一侧为肋壁的较简单的情况，作 为分析肋壁传热的对象。
三、翅化壁(肋化壁)
• 翅化平壁 • 翅片管 如图所示, 未加肋的左侧面积为， 加肋侧肋基面积为，肋基温度 为，肋片面积为，肋片平均温 度为，肋侧总面积。假设肋壁 材料的热导率为常数，肋侧表 面传热系数也为常数。在稳态 情况下，可以分别对于传热过 程的三个环节写出下面三个热 流量的计算公式：
式中 A2 A1 ， 称为肋化系数。从上式可
1 见，加肋后，肋侧的对流换热热阻是 h ， 2 1 而未加肋时为 ，加肋后热阻减小的程度与 h2
有关。
从肋化系数的定义可知， 1 ，其大小取决 ，但 于肋高与肋间距。增加肋高可以 加大 f 增加肋高会使肋片效率 降低，从而使肋面总 效率 降低。减小肋间距，即使肋片加密也 可以加大 ，但肋间距过小会增大流体的流 动阻力，使肋间流体的温度升高，降低传热温 差，不利于传热。一般肋间距应大于两倍边界 层最大厚度。应该合理地选择肋高和肋间距， 使
1 1 d (t1 t 2 ) ( )dQ W1 W2
1 1 令t t1 t 2 , m 则得 W1 W2 d (t ) m dQ
对微元面积dA，传热方程为
dQ k (t1 t 2 )dA
dQ t t1 t 2 kdA
d (t ) m dQ
•
一、平壁的传热系数
对于一个无内热源、热导率为常数、厚度 为的单层无限大平壁、两侧流体温度分 别为tf1 与tf2、 表面传热系数分别为与的 稳态的传热过程，通过平壁的热流量可 由下式计算：
h1
1 1 Ah1 A Ah2
tf1 tf 2
tf1 tf 2 Rh1 R Rh 2