第1章_热交换器基本原理(1)
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
热交换工作原理
热交换工作原理
在电子设备中，热交换是一种实现在不中断设备工作的情况下更换组件或模块的方法。
热交换的原理是利用设备内部的智能电路和连接机制，使得可以在设备通电状态下，在不影响设备正常工作的情况下进行模块的插拔操作。
热交换的工作原理可以分为以下几个步骤：
1. 检测：设备通过智能电路对欲更换的组件或模块进行检测，包括检测其电源连接情况、通信连接情况以及设备是否正常工作等。
这些检测可以通过设备硬件的监控电路来实现。
2. 隔离：在检测到组件或模块需要更换时，设备会自动将其与设备主体隔离开来。
这可以通过断开电源或关键信号线路来实现，以确保更换过程中不会对设备产生影响。
3. 更换：在将组件或模块与设备主体隔离后，用户可以进行更换操作。
通常情况下，设备会提供一些人性化的设计，例如快速释放按钮或插槽，以便用户更轻松地进行插拔操作。
4. 重新连接：当新的组件或模块插入设备后，设备会自动进行重新连接。
这包括重新建立电源连接、重新建立通信连接以及设备主体对新组件或模块的识别等。
5. 检测确认：设备会通过智能电路再次对更换后的组件或模块进行检测，确保其电源连接和通信连接等都正常。
只有在检测确认无误后，设备才会正常工作。
通过以上的步骤，热交换可以在不中断设备工作的情况下实现组件或模块的更换。
尤其对于对设备连续工作性能要求较高的应用领域，如服务器、网络设备等，热交换技术能够提高设备的可靠性和稳定性，并减少因组件或模块故障而产生的停机时间。
《热质交换原理与设备》课后习题答案(第3版)
第一章绪论1、答：分为三类。
动量传递：流场中的速度分布不均匀（或速度梯度的存在）；热量传递：温度梯度的存在（或温度分布不均匀）；质量传递：物体的浓度分布不均匀（或浓度梯度的存在）。
2、解：热质交换设备按照工作原理分为：间壁式，直接接触式，蓄热式和热管式等类型。
1) 间壁式又称表面式，在此类换热器中，热、冷介质在各自的流道中连续流动完成热量传递任务，彼此不接触，不掺混。
2) 直接接触式又称混合式，在此类换热器中，两种流体直接接触并且相互掺混，传递热量和质量后，在理论上变成同温同压的混合介质流出，传热传质效率高。
3) 蓄热式又称回热式或再生式换热器，它借助由固体构件（填充物）组成的蓄热体传递热量，此类换热器，热、冷流体依时间先后交替流过蓄热体组成的流道，热流体先对其加热，使蓄热体壁温升高，把热量储存于固体蓄热体中，随即冷流体流过，吸收蓄热体通道壁放出的热量。
4) 热管换热器是以热管为换热元件的换热器，由若干热管组成的换热管束通过中隔板置于壳体中，中隔板与热管加热段，冷却段及相应的壳体内穷腔分别形成热、冷流体通道，热、冷流体在通道内横掠管束连续流动实现传热。
3、解：顺流式又称并流式，其内冷、热两种流体平行地向着同方向流动，即冷、热两种流体由同一端进入换热器。
1) 逆流式，两种流体也是平行流体，但它们的流动方向相反，即冷、热两种流体逆向流动，由相对得到两端进入换热器，向着相反的方向流动，并由相对的两端离开换热器。
2) 叉流式又称错流式，两种流体的流动方向互相垂直交叉。
3) 混流式又称错流式，两种流体的流体过程中既有顺流部分，又有逆流部分。
4) 顺流和逆流分析比较：在进出口温度相同的条件下，逆流的平均温差最大，顺流的平均温差最小，顺流时，冷流体的出口温度总是低于热流体的出口温度，而逆流时冷流体的出口温度却可能超过热流体的出口温度，以此来看，热质交换器应当尽量布置成逆流，而尽可能避免布置成顺流，但逆流也有一定的缺点，即冷流体和热流体的最高温度发生在换热器的同一端，使得此处的壁温较高，为了降低这里的壁温，有时有意改为顺流。
第1章 热交换器热计算的基本原理
§1.2 平均温差
dt1dt2 M 1 1c1M 1 2c2 d d
dkdAxt
d tx d k d A x t
dt t
kdAx
tx t
dt t
k0AxdAx
lntx t
kAx
tx te x p ( k A x ) te - k A x 当地温差随换热
tm 1 A 0 A tx d A x 1 A 0 A te x p (k A x )d A x面积呈指数变化
流体温度分布
§1.2 平均温差
定义和分类
QKF tm
定义 指整个热交换器各处温差的平均值。用 tm 表示。
分类
算术平均温差 对数平均温差 积分平均温差
1 tm2(tma xtmi)n
tmln tm tam xax/tm tm inin
流体比热变化时一种分 段计算平均温差的方法
§1.2 平均温差
§1.1 热交换器的热计算基本方程式
热计算的类型： 设计性热计算：设计一个新的换热器 目的：确定换热器传热面积
校核性热计算：校核设计出的换热器是否达标 目的：确定流体出口温度，考察非设计工况下性能
得到传热量、流体进出口 温度、传热系数、传热面 积及其相互之间关联性。
传热方程 热平衡方程
§1.1 热交换器的热计算基本方程式
t
h dth t h
tc dtc t c
t c
§1.2 平均温差
简单顺流换热器的对数平均温差
已知冷热流体的进出口温度，在图中换 热器传热面任一位置 x 处，取微元换热 面dAx，考虑其换热量
微元面dAx内，两种流体换热量为：
dkdAxt
对于热流体和冷流体
d M 1 c 1 d t1 d t 1 d /M 1 c 1 d M 2 c 2 d t2 d t2 d /M 2 c 2
热交换器原理与设计
绪论1.2.热交换器的分类：1）按照材料来分：金属的，陶瓷的，塑料的，是摸的，玻璃的等等2）按照温度状况来分：温度工况稳定的热交换器，热流大小以及在指定热交换区域内的温度不随时间而变；温度工况不稳定的热交换器，传热面上的热流和温度都随时间改变。
3）按照热流体与冷流体的流动方向来分：顺流式，逆流式，错流式，混流式4）按照传送热量的方法来分：间壁式，混合式，蓄热式恒在壁的他侧流动，两种流体不直接接触，热量通过壁面而进行传递。
过时，把热量储蓄于壁内，壁的温度逐渐升高；而当冷流体流过时，壁面放出热量，壁的温度逐渐降低，如此反复进行，以达到热交换的目的。
第一章1.Mc1℃是所需的热量，用W表示。
两种流体在热交换器内的温度变化与他们的热容量成反比；即热容量越大，流体温度变化越小。
2.W—对应单位温度变化产生的流动流体的能量存储速率。
4.顺流和逆流情况下平均温差的区别：在顺流时，不论W1、W2值的大小如何，总有μ＞０，因而在热流体从进口到出口的方向上，两流体间的温差△t总是不断降低；而对于逆流，沿着热流体进口到出口方向上，当W1＜W2时，μ＞０，△t不断降低，当W1＞W2时，μ＜０，△t不断升高。
5.P（定义式P12）物理意义：流体的实际温升与理论上所能达到的最大温升比，所以只能小于1。
6.R—冷流体的热容量与热流体的热容量之比。
（定义式P12）7.从φ值的大小可看出某种流动方式在给定工况下接近逆流的程度。
除非处于降低壁温的目的，否则最好使φ＞0.9，若φ＜0.75就认为不合理。
（P22 例1.1）8.所谓Qmax是指一个面积为无穷大且其流体流量和进口温度与实际热交换器的流量和进口温度相同的逆流型热交换器所能达到的传热量的极限值。
9.实际传热量Q与最大可能传热量Qmax=Q/Qmax。
意义：以温度形式反映出热、冷流体可用热量被利用的程度。
10.根据ε的定义，它是一个无因次参数，一般小于1。
其实用性在与：若已知ε及t1′、t2′时，就可很容易地由Q=εW min(t1′-t2′)确定热交换器的实际传热量。
热交换器重点知识总结
1.什么叫热交换器？在工程中，将某种流体的热量以一定的传热方式传递给他种流体的设备。
2.热交换器设计应该满足哪些基本要求？合理实现工艺要求。
热交换强度高，热损失小，在有利的平均温差下工作结构安全可靠。
有与温度和压力条件相适应的不易遭到破坏的工艺结构便于制造、安装、操作和维修。
经济上合理。
保证较低的流动阻力，以减少热交换器的动力消耗设备紧凑。
⒊如何能做好热交换器设计？与传热学的发展相互促进，不可分割多学科交叉：传热学、流体力学、工程力学、材料科学涉及设计方法、设备结构、测试技术、计算和优化技术等对设计者来说，扎实的理论知识+经验4.热交换器的类型有哪些？分类方法：按用途：预热器（加热器）、冷却器、冷凝器、蒸发器。
按制造材料：金属、陶瓷、塑料、石墨、玻璃等。
按温度状况：温度工况稳定、温度工况不稳定。
按冷热流体的流动方向：顺流式（并流式）、逆流式、错流式（叉流式）、混流式。
按传送热量的方法：间壁式、混合式、蓄热式5.热交换器的选型应考虑哪些因素？基本标准：流体类型、操作压力和温度、热负荷和费用等。
对于一定热负荷热交换器的选型考虑因素：热交换器材质；操作压力与温度、温度变化情况、温度推动力；流量；流动方式；性能参数—热效率和压降；结构性；流体种类和相态；维护、检测、清洗、拓展、维修的可能性；总的经济性；加工制造技术；其它的用途6.热交换器的设计计算包括哪些内容？热计算，结构计算，流动阻力计算，强度计算。
7.名词解释间壁式热交换器：两流体分别在一个固体壁面两侧流动，不直接接触，热量通过壁面进行传递。
混合式：或称直接接触式。
两种流体直接接触传热蓄热式：或称回热式。
两种流体分别分时轮流和壁面接触，热量借助蓄热壁面传递沉浸式热交换器结构：这种热交换器多以金属管子绕成，或制成各种与容器相适应的情况，并沉浸在容器内的液体中。
优点：结构简单，便于防腐，能承受高压。
缺点：由于容器体积比管子的体积大得多,因此管外流体的表面传热系数较小。
热质交换原理与设备练习与自测
第一章练习与自测1 当流体中存在速度、温度和浓度的梯度时，则分别会发生（动量）传递，（热量）传递和（质量）传递。
2 热量、动量和质量的传递，既可以是由分子的微观运动引起的（分子）传递，也可以是由流体微团的宏观运动引起的（湍流）传递。
3.简答题：分子传递现象可以分为几类？各自是由什么原因引起？答案：分子传递现象可以分为动量传递、热量传递和质量传递现象。
在一种物体内部，或在两种彼此接触（包括直接接触或间接接触）的物体之间，当存在势差（梯度）时就会产生传递现象。
例如：当存在温度差时会发生热量传递现象，存在速度差时会发生动量传递现象，存在浓度差或分压力差时会发生质量传递现象。
第二章练习与自测1、有关扩散通量，下列说法正确的是___BCD____。
A、扩散通量是一个标量，只有大小没有方向；B、净扩散通量是相对于静坐标而言；C、相对扩散通量是相对于以混合物整体平均速度移动的动坐标而言；D、当混合物整体流动的平均速度为0时，净扩散通量＝相对扩散通量。
2、质量传递的基本方式为（分子扩散传质）和（对流扩散传质）。
（分子扩散传质）和（对流扩散传质）两者的共同作用称为对流质交换。
3.传质和传热方向相反时，总传热量会（减小）传质和传热方向相同时，总传热量会（增大）。
4.什么是分子扩散传质和对流扩散传质？什么是对流传质？答：在静止的流体或垂直于浓度梯度方向作层流运动的流体以及固体中的扩散，是由微观分子运动所引起，称为分子扩散传质。
在流体中由于对流运动引起的物质传递，称为对流扩散传质。
流体作对流运动，当流体中存在浓度差时，对流扩散亦必同时伴随分子扩散，分子扩散传质与对流扩散传质的共同作用成为对流传质。
5 如何理解动量、热量和质量传递现象的类比性？答：当物系中存在速度、温度和浓度的梯度时，则分别会发生动量、热量和质量传递现象。
动量、热量和质量的传递，既可以是由分子的微观运动引起的分子传递，也可以是由漩涡混合造成的流体微团的宏观运动引起的湍流传递。
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)
计算换热器的主要部件的尺寸，如管子的直径、长 度、根数、壳体的直径，折流板的尺寸和数目，分 程隔板的数目和布置，接管尺寸等。
(3) 流动阻力计算
包括管程和壳程的阻力，为选择泵和风机提供依据 或校核其是否超过允许的数值。 (4) 强度计算
能源与动力工程教研室
能源与动力工程教研室
能源与动力工程教研室
➢ 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
能源与动力工程教研室
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：
考虑热损失时，
Q1L Q2
ηL—对外热损失系数，取0.97~0.98
能源与动力工程教研室
1.2 平均温差
1.2.1 流体的温度分布
右图为流体平行流动时温度分布
上节回顾
➢ 什么是热交换器 在工程中，将某种流体的热量以一定的传热方式传 递给其他流体的设备。
能源与动力工程教研室
➢ 分类简介： 按传递热量的方法来分：
量之比，R>1，R=1,或者 R<1。
则: 可t1m以,c 表示为P 和 R及
的函数
t1m,c
R
1
t
2
t
2
ln 1 P
1 PR
能源与动力工程教研室
(t2 t1)
为了简化 的计算，引入两辅助参数：
p t2 t2 t1 t2
冷流体的加热度 两种流体的进口温差
第1章 热水供暖系统
3.中供式系统
中供式系统的特点： 中供式系统可避免由于顶层梁底 标高过低,致使供水干管挡住顶层 窗户的不合理布置,并减轻了上供 下回式楼层过多,易出现垂直失调 的现象；但上部系统要增加排气装 置。下部的上供下回式系统，由于 层数减少，可以缓和垂直失调问题。 适用场合：中供式系统适用于顶层梁 下和窗户之间的距离不能布置供水 干管时的情况。
【例题1-1】
如图1-5所示，设h1=3.2m，h2=h3=3.0m，散热器:Q1=700W, Q2=600W,Q3=800W。供水温度tg=95℃，回水温度th=70℃，压力 为100KPa，95℃和70℃水的密度分别为961.92 kg/m3和977.81 kg/m3，求： 1.双管系统的循环作用压力。 2.单管系统各层之间立管的水温。 3.单管系统的重力循环作用压力。 （计算作用压力时，不考虑水在管路中冷却因素）
【例题1-1】
【例题1-1】
【解】1.求双管系统的重力循环作用压力 通过各层散热器循环环路的作用压力分别为： 第一层：∆P1= gh1（ρg－ρh）=9.81×3.2×（977.81－961.92）=498.8 Pa 第二层：∆P2= g(h1+ h2) （ρg－ρh） =9.81×(3.2+3.0) ×(977.81－961.92)=966.5 Pa 第三层：∆P3= g(h1+ h2+ h3) （ρg－ρh） =9.81×(3.2+3.0+3.0) ×(977.81－961.92)=1434.1 Pa 第三层与底层循环环路的作用压力差值为： ∆P=∆P3－∆P1=1434.1－498.8=935.3 Pa 由此可见，楼层数越多，底层与最顶层循环环路的作用压力差越大。
• •
6 7
换热器的工作原理
换热器的工作原理引言：换热器是一种重要的热交换设备，广泛应用于工业生产和能源系统中。
它可以将热能从一个流体传递到另一个流体，实现热量的有效利用。
本文将详细介绍换热器的工作原理及其五个关键部份。
一、热交换原理1.1 热传导换热器通过热传导实现热量的传递。
当两个温度不同的流体通过换热器的热传导面接触时，热量会从高温流体传递到低温流体。
这种热传导过程是通过份子之间的碰撞和传递能量实现的。
1.2 对流换热对流换热是指通过流体的对流传热来实现热量的传递。
当两个流体在换热器内部流动时，它们之间会形成对流层，热量会通过对流层的传递实现从一个流体到另一个流体的传热。
1.3 辐射换热辐射换热是指通过辐射传热来实现热量的传递。
换热器内部的高温表面会辐射出热量，低温表面则会吸收这些热量。
辐射换热不需要介质，可以在真空中传热。
二、换热器的五个关键部份2.1 热交换管道热交换管道是换热器中的核心部份，用于容纳流体并实现热量的传递。
它通常由金属材料制成，具有良好的导热性和耐腐蚀性。
2.2 管束管束是将多个热交换管道固定在一起的部件，通常由支撑板和固定件组成。
管束的设计和创造对换热器的性能和效率有重要影响。
2.3 壳体壳体是换热器的外壳，用于容纳热交换管道和管束。
它通常由金属材料制成，具有足够的强度和密封性，以承受高压和高温环境。
2.4 冷却介质冷却介质是指通过换热器来吸收热量的流体。
它可以是空气、水、油等不同的介质，根据具体应用需求选择合适的冷却介质。
2.5 加热介质加热介质是指通过换热器来释放热量的流体。
它可以是蒸汽、热水、燃气等不同的介质，根据具体应用需求选择合适的加热介质。
三、换热器的工作过程3.1 冷却过程在冷却过程中，冷却介质从外部环境吸收热量，通过换热器的热交换管道和壳体，将热量传递给加热介质，使其温度升高。
3.2 加热过程在加热过程中，加热介质通过换热器的热交换管道和壳体，释放热量给冷却介质，使其温度降低。
3.3 温差调节换热器可以通过调节冷却介质和加热介质的流量和温度来实现温差的调节，以满足不同的工艺需求。
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x
(q)
式(q)表示了壳侧流体温度沿距离x的变化规律。
若对式(n) x求导，可得壳侧流体温度的变化率：
dZ dt1 dx dx
Mamaexpma x Mbmb mb x
(r)
将式(f)代入式(r)，考虑到边界条件：
x=0时，t1 =t″1，t2a =t′2，t2b =t″2
则：
M a ma
Mbmb
1.2.1 流体的温度分布
t1 冷凝
t1 冷凝
t2 沸腾
t2′
a：两种流体都有相变
t1′
t1′
放热
t1″
t2 沸腾
t2′
c：一种流体有相变
t2″
吸热
b：一种流体有相变
放热
t1″
吸热
t2″
d：顺流，无相变
t1′
t1′ 过热蒸汽冷却
放热
冷凝
t2″
t1″ t2″
过冷
t1″
吸热
t2′
吸热
t2′
e ：逆流，无相变
故： W1dt1 =W2 (dt2a – dt2b)
(c)
若整以S表示每一流程中单位长度上的 传热面积，则：
W2dt2a =KS(t1 – t2a)dx
(d)
W2dt2b = –KS(t1 – t2b)dx (e)
将式(d
t2a
t2b
(f)
如各种管壳式、板式结构的换热器。
Q
冷 流 tw2 体 t2
2. 混合式换热器 (直接接触式) 冷、热流体直接接触，相互 混合传递热量。
特点：结构简单，传热效率高。 适于冷、热流体允许混合的场合。 如冷却塔、喷射式等。
热流体 冷流体
3. 蓄热式换热器(回流式换热器、 蓄热器) 借助于热容量较大的固体蓄热
内部构造
管壳式换热器的外形
管壳式换热器端部流程安排
多流程焊接式换热器
1 热交换器热计算基本原理
热(力)计算是换热器设计的基础
以间壁式换热器为基础介绍换热器的热（力）计算， 其他形式的换热器计算方法相同。
设计性计算 设计新换热器，确定其面积。但同样大小的传热 面积可采用不同的构造尺寸，而不同的构造尺寸 会影响换热系数，故一般与结构计算交叉进行。
t1
t1
t1 t12
t2 t2
t2 t2 2 t1 t12 t2
t2 2
t1 t1 t2 t2 t1 t12 t2 t2 2
(1.19)
由辅助函数P、R，将上式(1.19)改写成：
Δt m
ln
2
R2 1
P1 R P
R2 1 t2 t2
2 P1 R P R2 1
将此式对x微分，则:
W1 d 2t1 2 dt1 dt2a dt2b
(g)
KS dx2 dx dx dx
将式(d)、(e)代入式(g)：
W1 KS
d 2t1 dx2
2
dt1 dx
KS W2
t2b
t2a
(h)
将式(b)代入式(h)并整理：
d 2t1 dx2
2KS W1
dt1 dx
KS W2
却。如回转式空气预热器。
按材料分：
1. 金属材料换热器 常用的材料有碳钢、合金钢、铜及铜合金、
铝及铝合金、钛及钛合金等。因金属材料导热 系数大，故此类换热器的传热效率高。 2. 非金属材料换热器
常用的材料有石墨、玻璃、塑料、陶瓷等。 因非金属材料导热系数较小，故此类换热器的 传热效率较低。常用于具有腐蚀性的物系。
R t1 t1 W2 t2 t2 W1
1) 热流体在管外为一个流程， 冷流体在管内先逆后顺两个
流程<1–2>型热交换器
ψ R2 1
ln 1 P 1 PR
(1-22)
R 1 ln 2 P(1 R R2 1 ) 先顺后逆<1-2>型适用；
2 P(1 R R2 1 ) 并且<1-2n>型也可近似使用
关于： =f (P、R)
（1）定义无量纲参数 P 和 R
P
t2 t2 t1 t2
冷流体温升 两流体进口温差
R
t1 t2
t1 t2
热流体温降 冷流体温升
P’ = P · R R’ = 1/R
（2）P的物理意义：冷流体的实际温升与理论所
能达到的最大温升之比（< 1） → 温度效率
（3）R的物理意义：两种流体的热容量之比。
方 程
Q2 M2C2 (t"2 t'2 ) M2C2 Δt2
热容量： W = M·C (W/℃) Q = W1 ·Δt1 =W2 ·Δt2
W1 Δt2 W2 Δt1
平行流：顺流和逆流
Hot fluid Cold fluid
Hot fluid Cold fluid
t t’
t1 (hot) t”
2 t1
t1
0
(i)
此为壳侧流体温度沿流动方向的微分方程。
为求解此式，引入新变量：
Z = t′1 – t1
(j)
t′1为热流体起始温度，看作常量，(i)式变成：
d2Z dx2
2KS W1
dZ dx
KS W2
2
Z
0
(k)
此为二阶齐次线性常微分方程，设其解为：
Z=emx
(l)
代入式(k)中，则为
混合式
蓄热式
按两种流体的相对流动方向分： 顺流、逆流、顺逆混合流、交叉流
按用途分：
1. 加热器：用于把流体加热到所需温度，被加热流 体在加热过程中不发生相变。
2. 预热器：用于流体的预热，以提高整套工艺装置 的效率。
3. 过热器：用于加热饱和蒸汽，使其达到过热状态。 4. 冷却器：用于冷却流体，使其达到所需温度。 5. 蒸发器：用于加热液体，使其蒸发汽化。 6. 冷凝器：用于冷却凝结性饱和蒸汽，使其放出
t2 (cold) x
顺流
t
t’
t1
t”
t2 x
逆流
1.2 平均温差
对顺、逆流的传热温差分析，作如下假设： 1. 冷热流体的质量流量和比热是常数； 2. 传热系数是常数； 3. 热交换器没有热损失； 4. 换热面沿流动方向的导热量可以忽略不计； 5. 同种流体从进口到出口既无相变也无单相
对流换热。 要计算沿整个换热面的平均温差，首先需要 知道温差随换热面的变化，即 Δtx= f(Fx)，然后 再沿整个换热面积进行平均。
体，将热量由热流体传给冷流体。
有固体壁面，两流体并非同时， 冷流体
热流体
而是轮流与壁面接触。当与热
流体接触，蓄热体接受热量，温
度升高；与冷流体接触，将热量 传给冷流体，蓄热体温度下降，
热流体
冷流体
达到换热目的。 特点：结构简单，可耐高温，
蓄热式换热器示意图
体积庞大，不能完全避免两种流
体的混和。
适于高温气体热量的回收或冷
(1.20)计算，或用式(1.13)计算，其中的ψ值则用
式(1.22)算出。
对先顺流后逆流<1－2>，式(1.22)也是适用的。
2) 两种流体中只有一种流体有 横向混合的错流式热交换器
无混合流体的温度变化 P 两流体进口温差
混合流体的温度变化 R 无混合流体的温度变化
ln 1 P
+：顺流 -：逆流
顺流与逆流的区别：
顺流： Δt t1 t2 Δt t1 t2
逆流：Δt t1 t2 Δt t1 t2
将对数平均温差 写成统一形式 (顺/逆流都适用)
Δtm
Δtmax Δtmin ln Δtmax
Δtmin
算术平均温差
平均温差另一种更为简单的形式是 算术平均温差，即：
KS M1c1
2t1
t 2
t2
(s)
将式(1.17)、(p)确定的ma、mb及Ma、Mb代入式(s)：
expma
t1
L
t1
expmb
L
1
ξ
expmb
L
1
ξ
expma
L
2t1
t 2
t 2
(t)
整理得:
ξ
t1
t1
expma expma
L L
expmb expmb
L L
t
1
t1
t
2
t
2
(1.18)
校核性计算 针对现有换热器，确定流体的进出口温度。了解 其在非设计工况下的性能变化，判断其是否能满 足新的工艺要求。
1.1 热计算基本方程
1. 传热方程：
Q = k·F·Δtm
F
Q = 0 k·Δt·dF
2.
热 平
Q M1(i1' i"1 ) M2 (i"2 i'2 )
衡 Q1 M1C1(t"1 t'1 ) M1C1 Δt1
Δtm, 算术
Δtmax
2
Δtmin
当 Δtmax Δtmin 2 时，两者的差别小于4％；
当 Δtmax Δtmin 1.7 时，两者的差别小于2.3％。
1.2.3 其它流动方式下的平均温差 实际换热器一般处于顺流和逆流之间， 更多的是多流程、错流的复杂流动。
(a) 两种流体不混合
(b) 一种流体混合，另一种不混合
图1.4 错流热交换器
板式
板翅式
管 翅 式
对这种复杂流动，数学推导将非常复杂。 可以在纯逆流的对数平均温差基础上进行 修正，以获得其它流动方式的平均温差。
Δtm = Δtl m,c
系数 称为温差修正系数，它表明流动方