用效率_传热单元数_NTU_法预测热管换热器的性能_J_O_Tan
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
换热器的传热及阻力计算
考虑污垢热阻后的典型间壁传热热 阻
1 1 1 KA K1A1 K2A2
K1A1K2A2
平壁 圆管壁
K 1 AA 1 w 1rd 1 1rd 2
K 1 d A 1 iL 1 r d 1 l2 d n o L d i d 1 o L 1 r d 2
换热器传热计算方法
平均温差法 由于在换热器中沿任一流体流动长度上的热、冷
两流体之间的温差是变化的，需合理计算壁面 两侧流体间温差对面积的平均值 tm
KAtm
效率（效能）-传热单元数（ NTU ）法 换热器的实际传热热流量与理论上最大可能的 max传热热流量之比
W1 W2 W1 W2
W1 W2
11eeC*CN*TU
W1 Wm Wmax,W2 Wum Wmin
1e C*
Hale Waihona Puke C*1eNTUC * 1 1 e 1 e NT U
效率-传热单元数法
两种流体各自均非混合的单流程叉流流动
德雷克（Drake） 近似关系式
NT0U .22
1exp C*
expC*NT0U .781
效率-传热单元数法
平均温差法
其他流动形式
在相同的进口、出口温度条件下，逆流的平均温差 最大。
tmtlm
温度修正系数
tmAcoun terR,P
tlm Aother
R
t1' t2"
t1" t2'
P
t
" 2
t
' 2
t1' t2'
平均温差法
一种流体混合和另一种流体非混合的 单流程叉流式换热器的修正系数曲线
换热器传热单元法
换热器传热单元法
换热器传热单元法（Heat Exchanger Effectiveness-NTU Method）是一种常用于分析换热器传热性能的方法。
该方法基于传热单元的概念，将换热器视为若干个传热单元的组合。
传热单元通常是指换热器中两个流体之间的传热单元，如管内壳外式换热器中的一个管束。
传热单元的传热性能可以用一个无量纲的传热单位效率(Effectiveness)和一个无量纲的传热位
数(NTU)来描述。
传热单元效率(ε)表示实际传热量与最大可能传热量之间的比值。
传热单位效率取决于流体的热容、流体流速、传热面积等因素。
传热位数(NTU)表示了传热单元内部的传热效果，与传
热单位效率成正比，与传热面积、流体质量流量等因素相关。
换热器传热单元法的基本思路是将换热器分解为若干个传热单元，分别计算每个传热单元的传热单位效率和传热位数，然后根据传热单元的组合方式得到整个换热器的总传热单位效率。
利用换热器传热单元法可以快速估算换热器的传热性能，并优化换热器设计。
需要注意的是，换热器传热单元法是一种近似方法，对于复杂的换热器结构和流体流动状态可能存在一定的误差。
因此，在实际工程中，还需要考虑其他因素对换热器传热性能的影响，并结合实测数据进行验证和修正。
翅片管式热交换器的ε-NTU法换热量计算公式以及在空调机开发中的应用
翅片管式热交换器的ε-NTU法换热量计算公式以及在空调机开发中的应用陆东铭【摘要】本文列表给出了翅片管式换热器分别作为冷凝器(干面)和蒸发器(湿面)时的ε-NTU法换热量计算公式,并阐述了其在空调机开发中的两个实际应用.【期刊名称】《家电科技》【年(卷),期】2018(000)009【总页数】3页(P77-79)【关键词】空调;ε-NTU法;换热量【作者】陆东铭【作者单位】上海三菱电机·上菱空调机电器有限公司上海 200135【正文语种】中文1 引言热交换器是空调机的四大部件之一，是影响空调机性能的重要因素。
采用ε-NTU 法对热交换器换热性能进行预测，可以对比不同热交换器的性能；尤其在系列空调机的开发中，通过对比所有热交换器的性能，使用最恶劣条件进行评价的原则，选取相应的热交换器作为代表来评价，可以大幅节约开发时间，提高开发效率。
当制冷系统的变化比较小时，采用ε-NTU法可以对制冷系统的性能进行简易计算。
本论文给出了采用ε-NTU法计算翅片管式热交换器换热量的方法，并阐述了ε-NTU法在实际空调机开发中的两个主要应用。
2 采用ε-NTU法对翅片管式热交换器进行换热量计算的方法2.1 翅片管式空气-制冷剂热交换器的几何学构成要素标准的翅片管式空气-制冷剂热交换器如图1所示，管内侧流体为制冷剂，管外侧流体为空气。
以管外径为φ=9.52mm的某热交换器为例，其几何学构成要素如下：管外径do=9.52mm、管壁厚tp=0.28mm、扩管率dR=1.05；管内径（扩管后）di=dR•do-2•tp=9.436mm；管段数NT=20、管列数NR=2；管段距S1=25.4mm、管列距S2=22.0mm；翅片壁厚tF=0.095mm、翅片片距Fp=1.5mm、NF翅片片数565；翅片翻边直径dc=do•dR+2•tF=10.186mm；翅片高度L1=NT•S1=508mm；翅片宽度L2=NR•S2=44mm；翅片积幅L3=NF•Fp=847.5mm；管抽取数Pr为0根。
传热单元数法(又称热效率-传热单元数法
Nu= f ( Re, Gr ) =
对流传热系数 无相变 强制对流 管内 圆 形 直 管 非 弯 圆 管 形 直 管 管外 管束 外的 垂直 流动 管 间 流 动 自然对流 有相变 蒸 气 冷 凝 液 体 沸 腾
继续
流 动 方 向
直列
正三角形错列
正方形错列
返回
流 动 方 向
流体在错列管束外流过 Nu = 0.33 Re0.6 Pr 0.33 流体在直列管束外流过
若冷流体为最小值流体: 若冷流体为最小值流体 可见: 若能得出热效率ε 的值, 便可求出T2或 可见 若能得出热效率ε 的值 便可求出 或t2 .
传热单元数NTU 二. 传热单元数 换热器的有效长度可以表示为: 可称为单元长度) 换热器的有效长度可以表示为 L=H倍数 (H可称为单元长度 倍数 可称为单元长度 在四条假设基础上: 在四条假设基础上
对流传热系数 无相变 强制对流 管内 圆 形 直 管 非 弯 圆 管 形 直 管 管外 管束 外的 垂直 流动 管 间 流 动 自然对流 有相变 蒸 气 冷 凝 液 体 沸 腾
继续
膜状冷凝
滴状冷凝
有利于减薄液膜厚度的因素: 有利于减薄液膜厚度的因素 1. 液膜两侧的温差⊿t 液膜层流时 若⊿t减小 冷凝速率减小 液膜两侧的温差⊿ 液膜层流时, 减小, 减小 冷凝速率减小, 液膜减薄; 液膜减薄 2.流体物性 密度 粘度 导热系数 冷凝潜热影响冷凝传热系数 密度, 粘度, 导热系数, 冷凝潜热影响冷凝传热系数; 流体物性 3.蒸气的流速和方向 与液流同向 α↑; 反向 α↓; 反向但速度 反向, 蒸气的流速和方向 与液流同向, 很大, 液膜被吹离壁面, 急剧增大; 很大 液膜被吹离壁面 α急剧增大 蒸气中不凝气体的含量高, 4.蒸气中不凝气体的含量高 α↓; 蒸气中不凝气体的含量高 返回 5.冷凝壁面的影响 冷凝壁面的影响
翅片管式热交换器的ε-NTU法换热量计算公式以及在空调机开发中的应用
代 汁 ＂ ：
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７７
Ａｒｔｉｃｌｅｓ
论文
为了吏简单地表 示，人们引入传 热单元数ＮＴＵ这个无
（５）
量 纲 量。 Ⅳ７＇ 。 ／（Ｇ ·Ｃｐａ）
（９）
根据计算式 （１）、（２）、（３）的中的任何一个计算式 ，
一 ）
（２）
（３）迥ｊ＝＝Ｊ： 的热迎过 （ 自 韬 ９Ｉ、ｆ ｇ｛！ｂｌ 攮 ｉ：）
” 咎 ， ＝（）．０９５ｍｍ、 ¨”７１｛ｒ） ＝１．５ｒａｍ、Ｎ ” ”数 ５６５：
翘 ＂翻 “ （ ＝（ ·ｄ ＋ ·Ｉ，＝１０ １８６ｍｎｌ： 翘 ” ，Ｊ，＝Ⅳ，Ｓｓ＝５０８ｎｌ ｌｌｌ：
ＮＴＵ的物理 意义为流体总热导和流体热容量 之比。将
均可 以进行热交换器的热交换量计算。根据能量守恒 定律， 式 （９）代入式 （８），得到：
在稳 定时，该三个计算 式得 到的Ｑ、Ｑ 是相等的。因此 ，如
ｓ ＝ｌ—ｅｘｐ［－ＮＴＵ】
（１Ｏ）
果入口制冷剂状态 、 ，入 Ｉ ＳＩ空气温度 ，以及制冷剂流
Ａｒｔｉｃｌｅｓ
论 文
翅 片 管 式 热 交 换 器 的 ￡一ＮＴＵ法 换 热 量 计算 公 式 以及 在 空 调 机 开发 中 的 应 用
Ｃ ａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｆｏｒｍ ｕｌａｓ ｆｏｒ ｈｅａｔ ｅｘｃｈａｎｇｅ ｃａｐａｃｉｔｙ ｏｆ ｆｉｎ·ｔｕｂｅ ｈｅａｔ ｅｘｃｈａｎｇｅｒ ｂｙ ￣；－ＮＴＵ ｍ ｅｔｈｏｄ ａｎｄ ｔｈｅｉｒ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｉｎ ａｉｒ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｅｒ ｄｅｖｅｌｏｐｍ ｅｎｔ
（１）圳冷剂侧换热 １｝ｉ，Ｊ’以Ｉ｛ｌ Ｆ￣－Ｇ５ｆ ：
传热过程分析与换热器的热计算
10-2 换热器的类型 10一、换热器的分类 1.换热器：把热量从热流体传递给冷流体的热力设备。 1.换热器：把热量从热流体传递给冷流体的热力设备。 换热器 2.按换热器操作过程分为：间壁式、混合式及蓄热式( 2.按换热器操作过程分为：间壁式、混合式及蓄热式(或称回 按换热器操作过程分为 热式)三大类。 热式)三大类。 1）间壁式：冷、热流体被间壁隔开，通过间壁换热。 ）间壁式： 热流体被间壁隔开，通过间壁换热。 2）混合式：冷、热流体通过直接接触换热。 ）混合式： 热流体通过直接接触换热。 3）回热式：冷、热流体周期性地流过固体壁面换热。 ）回热式： 热流体周期性地流过固体壁面换热。 在三类换热器中以间壁式换热器应用最广， 在三类换热器中以间壁式换热器应用最广，本节将对其结构 型式及换热器中冷、 型式及换热器中冷、热流体间的平均温差的计算方法作比较详 细的介绍。 细的介绍。近年发展起来的热管换热器是一种有相变的间壁式 换热器，其工作原理具有一定特点．第十章中有专门介绍。 换热器，其工作原理具有一定特点．第十章中有专门介绍。
ql R总,l (3) (4) (1)+(2) d
O
d2
dcr
d3
d
dR总,l dd x
1 = πd x
1 1 2λ h d 2 x 2
=0
d x = d cr
2λ 2 = h2
此时的d 称为“临界热绝缘直径” 表示。 此时的 x称为“临界热绝缘直径”，用d c r表示。
2λ 2 热阻值为最小。单位管长传热量q 为最大值。 即当 d x = 时，热阻值为最小。单位管长传热量 l为最大值。 h2
注意： 当裸管的外径 当裸管的外径> 保温层越厚，保温效果越好Q 注意：1.当裸管的外径> d c r时，保温层越厚，保温效果越好 2.当裸管的外径< d c r时，保温层厚度要超过 3后才起作用。 当裸管的外径< 保温层厚度要超过d 后才起作用。 当裸管的外径 3.要考虑较小的 2的保温材料，使d c r 要考虑较小的λ 的保温材料， 要考虑较小的
传热单元数法(又称热效率-传热单元数法
有相变
强制对流
自然对流
管内
管外
圆非弯 形圆管 直形 管直
管
管束 管 外的 间 垂直 流 流动 动
蒸液 气体 冷沸 凝腾
4-5-2对流传热过程的因次分析 一. 流体无相变时的强制对流过程
l －传热设备的特征尺寸
采用的因次分析方法：白金汉法 无因次准数的数目 i=n-m=7-4=3
Nu: 努赛尔特准数 Re: 雷诺准数 Pr: 普兰特准数 Gr: 格拉斯霍夫准数
4-4-4 传热单元数法(又称热效率-传热单元数法,即 -NTU法) 一、传热效率 1. 定义: 实际传热速率和理论上可能的
最大传热速率之比.
2. Qma:x 用最大可能的流体温度变化量来计算
WCP称为流体的热容量流率, 下标min表示两流体中热容量流率 较小者, 并将此流体称为最小值流体. 3. 热效率表达式:
二. 自然对流传热过程
直接写出三个准数 1 2 3 准数式为： 1 =（2 ，3 ）
1
l
பைடு நூலகம்
Nu
3
c p
Pr
3
l 3 2 gt 2
Gr
1
l
Nu
2
lu
Re
3
cp
Pr
Nu f ( Re, Gr )
Nu f ( Re, Pr)
(NTU)h
T2 dT T1 T t
(NTU)c
t2 dt t1 T t
均无因次, 称为传 热单元数.
即: L=Hh(NTU)h L=Hc(NTU)c
(NTU )h