换热器热计算基础讲解学习
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
(完整版)换热器热量及面积计算公式
换热器热量及面积计算
一、热量计算
1、一般式
Q=W h（H h,1- H h,2）= W c（H c,2- H c,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=W h c p,h(T1-T2)=W c c p,c(t2-t1)
式中：
c p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
△t m=（△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
△t m=（△t2-△t1）/㏑（△t2/△t1）
3、面积计算
S=Q/(K.△t m)
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）。
【HETA】换热器的传热计算公式
【HETA】换热器的传热计算公式空调换热器，不管是蒸发器还是冷凝器，其都扮演着一个传热的角色。
今天我们就来讲一讲换热器传热的计算。
一：总传热速率方程1、总传热速率微分方程式2、局部总传热系数物理意义：单位传热面积、单位传热温差下的传热速率。
反映了传热过程的强度，是衡量换热器工作效率的重要参数。
注意：总传热系数的单位与对流传热系数的单位一样，都为W /(m2×°C)，但温度差所代表的区域不同。
同样总传热系数也是必须与温度差和传热面积相对应的。
二：传热量的计算在传热计算中，传热速率和热负荷在数值上一般可视为相等，但其含义不同。
热负荷：由工艺条件决定的，是对换热器换热能力的要求；传热速率：换热器本身在一定的操作条件下的换热能力，是换热器本身的特性。
无相变：有相变：（1）选取经验值（2）实验（现场）测定（3）K 的计算式两流体通过壁面包括以下过程：上述过程的传热量为：以上三式相加得：比较有以下结果：1）当传热面为圆壁时：2）当传热面为平壁时：3.（1）由dQ=K×D t×dS知，总传热系数在数值上等于单位温度差下的热通量。
K的单位与的单位完全一样（W /( m 2 ×°C），或（W /(m2 ×K），但应注意温度差℃（或K）所代表的范围不同。
（2）说明：总传热系数随所取传热面的不同而不同。
今后无特别说明时均指基于外表面积的总传热系数。
（3）对圆管：（4） K 也可以表示为热阻的形式，即：表明：间壁两侧流体间传热的总热阻等于两侧流体的对流传热的热阻与管壁热传导的热阻之和。
（5）对以下几种情况可以简化：由此可看出，K值由热阻大（即h小）的一侧流体的传热所控制，要提高K，应提高h小的一侧。
（6）污垢热阻污垢热阻的存在使K降低，传热速率下降。
如传热面两侧（管壁内、外侧表面上）的污垢热阻分别用R si和表示R so，则前述的K值的计算式变为：备注：换热器要根据实际的操作情况定期清洗。
换热器的热计算平均温差法-完整版课件
计算步骤:
(1) 假设任意一侧流体的出口温度，并确定另一个出口温度。
(2) 根据流量、传热面积和已知流道布局，求出对数平均温差和 总传热系数。
第8
十
章
1
0
. 4
qm1 c p1 t1 t1
节
（
8 ）
k A tm
(3) 计算传热量，如果两个结果不一致，修改原出口温度假设值， 重新计算直至两者在允许的误差范围内一致为止。
下一节
4 节 （
置方案（包括选取管径、管数及流程数，确定流速等），并计 算两侧流体的表面传热系数和总传热系数。
8 ）
(3) 根据进出口温度和流道布置，求出平均传热温差。
(4) 由传热方程算出换热面积，并与初选面积比较。若不一致，修
改布局方案重新计算。
第6
十章10Fra bibliotek. 4
• 换热器的热性能受到阻力降的约束，即流速的选取受到制约，
（
度，选择合适的换热器型式和流道布置方案，求出总传热系
8 ）
数，进而确定所需要的换热面积
校核计算:
• 针对已有的一台换热器，核查它能否完成预定的某项换热任 务，即核算两侧流体的出口温度能否达到预期值
第3
十
章
1
0 .
无论何种计算，基本方程均为：
4
节
（
8 ）
qm1 c p1 t1 t1
qm2 c p2 t2 t2
k A tm
第4
十
章
1
0 .
10.4.2 设计计算
4
节
（ 8
问题： 给定两侧流体的流量或热容量，4个进出口温度中的3个，
）
求总传热系数和传热面积（包括传热面的布置）。
换热器热量及面积计算公式
换热器热量及面积计算一、热量计算1、一般式 Q=Q c=Q hQ=W h（H h,1 - H h,2）= W c（H c,2 - H c,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 分别表示换热器的入口和出口。
2、无相变化Q=W h c p,h (T1-T2)=W c c p,c (t2-t1)式中：c p为流体均匀定压比热容，kj/(kg.℃)；T为热流体的温度，℃；t为冷流体的温度，℃。
3、有相变化a. 冷凝液在饱和温度下走开换热器，r c(t 2-t 1) Q=W = Wc p,ch式中：W h为饱和蒸汽（即热流体）冷凝速率（即质量流量）（kg/s）r 为饱和蒸汽的冷凝潜热（J/kg ）b.冷凝液的温度低于饱和温度，则热流体开释热量为潜热加显热Q=W h[r+ c p,h（T s-T w）] = W c c p,c (t 2-t 1)式中：c p,h为冷凝液的比热容（J/（kg/℃））；T s为饱和液体的温度（℃）二、面积计算1、总传热系数K管壳式换热器中的K 值以下表：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注：1w = 1J/s =kj/h =kcal/h1kcal =kj2、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△t m=（△ 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△t m=（△ t2- △t1 ）/ ㏑（△ t2/ △t1 ）对数均匀温差，两种流体在热互换器中传热过程温差的积分的均匀值。
换热器的传热计算讲解
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，即对已知换热面积的换热器，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基础。
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 ，若流体有相变，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范围很大，设计时可根据实际情况选取中间的某一数值。
若需降低设备费可选取较大的K 值；若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，若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 进行修正。
虽然这些推荐值给设计带来了很大便利，但是某些情况下，所选K 值与实际值出入很大，为避免盲目烦琐的试差计算，可根据式（1）对K 值估算。
式（1）可分为三部分，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 值估算最关键的部分就是对流传热系数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相同。
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。
传热过程和换热器热计算基础
(m2·℃) / W
多层平壁的传热：
q=
n δi 1 1 +∑ + h1 i =1 λi h2
tf1－ tf2
二、圆筒壁的传热 每米长圆筒壁的总传热热阻热阻：
只有管道外径 d 2 超过某一值后包上热绝缘层才能 起到减少单位管长热损失的作用，把此直径称为临界 热绝缘直径，用 d c 表示。
d c 可由求 q1 对热绝缘层外径的一阶导数并令之 等于零而得到，即 d = 2λins c h2 （ d 2 > d c 加绝热层才能减少热损）
式中： 2 ——管道热绝缘层外表面对环境的表面传 h 热系数[W/(m2·K)]； λins ——保温材料的导热系数[W/(m·K)]。
' 肋面平均温度 t w2 (< tw2 )
肋片实际散热量：
h A (t
2
2
'
w2
− tf2
)
2
肋处于肋基温度下的理想散热量： h 肋片效率：
A2 (t w 2 − tf2 )
t w 2 − tf2 实际散热量 h2 A2 t w 2 − tf2 = = η= 理想散热量 h2 A2 (t w 2 − tf2 ) t w 2 − tf2
Φ = Ah2 (t w2 − tf2 )
λ Φ = A (t w1 − t W2 ) δ
Φ tf1 − t W1 = Ah Φ t w1 − t W2 = Aλ / δ Φ t w2 − t f2 = Ah2
传热方程：
A(t f1 − t f2 ) Φ= = KA ∆ t 1 / h1 + λ / δ + 1 / h2
换热器的热计算方法
换热器是工业过程中常用的设备，用于在两种流体之间传递热量。
换热器的热计算方法通常涉及到确定热量传递速率、传热表面积和温度变化等参数。
以下是换热器的一般热计算方法：
传热速率计算：
热传导：对于热传导，可以使用导热方程来计算热传导的速率，通常表示为q = k * A * ΔT / L，其中q是传热速率，k是材料的导热系数，A是传热表面积，ΔT是温度差，L是传热距离。
对流传热：对于对流传热，通常使用牛顿冷却定律，q = h * A * ΔT，其中q是传热速率，h 是对流传热系数，A是传热表面积，ΔT是温度差。
温差和温度计算：
确定入口和出口流体的温度，以便计算温差（ΔT）。
温差是热交换的驱动力。
温度分布：在一些情况下，需要考虑温度在换热器内的分布，通常需要使用数学模型和计算方法。
传热表面积计算：
传热表面积（A）是一个关键参数，它可以根据传热速率和温差来计算，通常使用q = U * A * ΔT，其中U是总传热系数。
U值取决于换热器的类型和结构，可通过实验测定或计算得出。
流体性质计算：
确定流体的物性参数，如密度、热导率、比热容等，以便计算传热速率和温度变化。
对于多组分混合物，需要使用混合物物性计算方法。
性能和效率计算：
根据热计算结果，可以计算换热器的性能和效率参数，如效率、热传导系数等。
需要注意的是，换热器的热计算通常需要考虑多种因素，包括传热方式、流体性质、流速、换热器类型和结构等。
根据具体的应用和情况，可能需要使用不同的计算方法和模型。
通常，工程师和热力学专家会根据具体问题的需求来选择合适的计算方法，并使用专业的软件工具来辅助热计算和设计。
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根据肋片效率的定义式
f
A 2 h2tw 2tf2 A 2 h2tw 2tf2
tw 2tf2 tw 2tf2
联立三式，可得通过肋壁的传热热流量计算公式为
1
tf1 tf2
1
A1h1 A1 A2h2
上式还可以改写成
A 1h 11 tf1 A A tf1 2 21 h2 A 1h 11 tf 1 tf21h 2
由tm
Q得 kA
t '' ln mkA
t '
t
＝
m
t ' ln
t t '
''
t ''
对数平均温差
对逆流换热过程
d Q q m 1 c 1 d1 t q m 2 c 2 d2t
t
t 1 t 2
dt 1
dQ q m1c1
dQ W1
t 1
dt 2
dQ qm2c2
dQ W2
t 2 A
t
＝
m
t
'
• 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
d Q q m 1 c 1 d 1 tq m 2 c 2 d 2t
dt 1
dQ q m1c1
dQ W1
dt 2
dQ qm2c2
dQ W2
d(t1t2)(W 11W 12)dQ
令t
t1
t2,mW11
•
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
h1
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：
或写成
A11h tf1A tf 2 A12hRh1tf1R t f2Rh2
tf1 tf2 Rk
A tf1 k tf2 Atk
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。
• 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
d1lh 1tf1tw1
tf1tw1tf1tw1
1
Rh1
d1lh 1
tw1 tw2
1 ln d 2
2 l d1
tw1 tw2 R
d2lh2tw2tf2
tw2tf2tw2tf2
1
Rh2
d2lh2
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。
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
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
A2A2 A2
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 thAAw22122'
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
图
流体平行流动时的温度分布
一、逆流平均温压
热流体沿换热面不断换热，它们的温度沿流
向不断变化，冷、热流体间的传热温差沿程
也发生变化，如图所示。因此，对于换热器
的传热计算，上式中的 传热温t 差 应该
是整个换热器传热面的平均温差（或称为平
均温压） 形式应为
。于tm是，换热器传热方程式的
kAtm
换热器中流体温度沿程变化
增加肋高会使肋片效率 降低，从而 f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 及h 传2 热系数 具有k 最1 佳值。
在工程上，当 h1 h23~5时，一般选择
A 1 k 1tf1 tf2 A 1 k 1t
式中 k 1 称为以光壁表面积为基准的传热系数，
其表达式为
k1
1
1
1
h1 h2
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 有关。
h2
，加肋后热阻减小的程度与
从肋化系数的定义可知， 1 ，其大小取决 于肋高与肋间距。增加肋高可以 加大 ，但
t t '
''
11 d(t1t2)(W1W2)dQ
ln
t ''
对数平均温差
tm
tmax tmin ln tmax
t”
t
t 1 t 2
tmin
当 tmax 2时 t m in
t
＝
m
1 2
(t m a x
t m in
)
t 1
t’ t 2 A
平壁、圆管壁及肋壁的传热过程时都假设
为定值。换热器内的传热过程就不同了，冷、
1 W2
则得
d(t)mdQ
对微元面积dA，传热方程为 dQ k(t1t2)dA
t
t1
t2
dQ kdA
d(t)mdQ
d（t）mkdA t
t'' d (t) A
mkdA
t' t
0
ln
t '' t '
mk A
d(t)mdQ t'' t' mQ
t ' t '' Q t ' kA
ln t ''
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：
对于左侧对流换热 对于壁的导热
A1h1 tf1tw1
tf1tw1 1
t w 1 t w2
A1h1
A1
对于肋侧对流换热 A 2 h 2 t w 2 t f 2 A 2 h 2 t w 2 t f 2