换热器热流量的计算公式
第九章 传热过程分析和换热器计算
第九章 传热过程分析和换热器计算在这一章里讨论几种典型的传热过程，如通过平壁、圆筒壁和肋壁的传热过程通过分析得出它们的计算公式。
由于换热器是工程上常用的热交换设备，其中的热交换过程都是一些典型的传热过程。
因此，在这里我们对一些简单的换热器进行热平衡分析，介绍它们的热计算方法，以此作为应用传热学知识的一个较为完整的实例。
9－1传热过程分析在实际的工业过程和日常生活中存在着的大量的热量传递过程常常不是以单一的热量传递方式出现，而多是以复合的或综合的方式出现。
在这些同时存在多种热量传递方式的热传递过程中，我们常常把传热过程和复合换热过程作为研究和讨论的重点。
对于前者，传热过程是定义为热流体通过固体壁面把热量传给冷流体的综合热量传递过程，在第一章中我们对通过大平壁的传热过程进行了简单的分析，并给出了计算传热量的公式t kF Q ∆=， 9－1式中，Q 为冷热流体之间的传热热流量，W ；F 为传热面积，m 2；t ∆为热流体与冷流体间的某个平均温差，o C ；k 为传热系数，W/(⋅2m o C)。
在数值上，传热系数等于冷、热流体间温差t ∆=1 o C 、传热面积A =1 m 2时的热流量值，是一个表征传热过程强烈程度的物理量。
在这一章中我们除对通过平壁的传热过程进行较为详细的讨论之外，还要讨论通过圆筒壁的传热过程，通过肋壁的传热过程，以及在此基础上对一些简单的包含传热过程的换热器进行相应的热分析和热计算。
对于后者，复合换热是定义为在同一个换热表面上同时存在着两种以上的热量传递方式，如气体和固体壁面之间的热传递过程，就同时存在着固体壁面和气体之间的对流换热以及因气体为透明介质而发生的固体壁面和包围该固体壁面的物体之间的辐射换热，如果气体为有辐射性能的气体，那么还存在固体壁面和气体之间的辐射换热。
这样，固体壁面和它所处的环境之间就存在着一个复合换热过程。
下面我们来讨论一个典型的复合换热过程，即一个热表面在环境中的冷却过程，如图9－1所示。
热能计算
换热器的计算换热器的传热过程换热器计算的基础是热平衡方程式和传热方程式。
Q=qm1C l (t'l - t''1) = q m2 C2 (t''2 - t'2)上式指明了换热器运行的热平衡，即:能量守恒原则，热流体被冷却所提供的热量Qh (KJ/s或W)，除了散失到外界环境的热损失之外，必然是传给冷流体升温所斋要的热量Qc(kJ/s)，由于散失的热量相对而言所占的比例很小，所以可以忽咯不计。
于是Qh=Qc=Q下角标"1"和"2"各指热流体和冷流体，上角标"' ""和"''"各指进口和出口; q m为质量流量(kg/s), C为定压比热容(kJ/kg)。
对于间壁式换热器，无论管式或板式，热量将从热流体经由管壁或者平壁的导热传往冷流体的热量传递过程就是传热过程。
(1)传热过程和传热系数传热方程式:Q= k F (t l - t 2)式中一传热系数，W/(m2 •C)或kJ/(n•C•S); F换热面积。
(2)通过平壁的传热对于平壁的传热过程，传热系数为：热传导在三维的等方向均匀介质里的传播可用以下方程表达：其中：▪u =u(t, x, y, z) 表温度，它是时间变量t 与空间变量(x,y,z) 的函数。
▪/是空间中一点的温度对时间的变化率。
▪, 与温度对三个空间座标轴的二次导数。
▪k决定于材料的热传导率、密度与热容。
热方程是傅里叶冷却律的一个推论（详见条目热传导）。
如果考虑的介质不是整个空间，则为了得到方程的唯一解，必须指定u 的边界条件。
如果介质是整个空间，为了得到唯一性，必须假定解的增长速度有个指数型的上界，此假定吻合实验结果。
热方程的解具有将初始温度平滑化的特质，这代表热从高温处向低温处传播。
一般而言，许多不同的初始状态会趋向同一个稳态（热平衡）。
板式换热器的计算方法
板式换热器的计算方法板式换热器的计算是一个比较复杂的过程，目前比较流行的方法是对数平均温差法和NTU法。
在计算机没有普及的时候，各个厂家大多采用计算参数近似估算和流速-总传热系数曲线估算方法。
目前，越来越多的厂家采用计算机计算，这样，板式换热器的工艺计算变得快捷、方便、准确。
以下简要说明无相变时板式换热器的一般计算方法，该方法是以传热和压降准则关联式为基础的设计计算方法。
以下五个参数在板式换热器的选型计算中是必须的：总传热量(单位:kW).一次侧、二次侧的进出口温度一次侧、二次侧的允许压力降最高工作温度最大工作压力如果已知传热介质的流量，比热容以及进出口的温度差，总传热量即可计算得出。
温度T1 = 热侧进口温度 * A3 F7 y& G7 S+ QT2 = 热侧出口温度 3 s' _% s5 s. T" D0 q4 bt1 = 冷侧进口温度 & L8 ~: |; B: t2 M2 w$ zt2= 冷侧出口温度热负荷热流量衡算式反映两流体在换热过程中温度变化的相互关系，在换热器保温良好，无热损失的情况下，对于稳态传热过程，其热流量衡算关系为：0 B N/ I" A+ m0 z' H9 ~（热流体放出的热流量）=（冷流体吸收的热流量）在进行热衡算时，对有、无相变化的传热过程其表达式又有所区别。
（1）无相变化传热过程式中Q----冷流体吸收或热流体放出的热流量，W；# Q/ p3 p: I4 ~0 N' I)Wmh,mc-----热、冷流体的质量流量，kg/s；+ Z: I9 b- h9 h" r3 P) {/ ^Cph,Cpc------热、冷流体的比定压热容，kJ/(kg·K)；6 L8 t6 b3 o&m/ nT1,t1 ------热、冷流体的进口温度，K；T2,t2------热、冷流体的出口温度，K。
（2）有相变化传热过程两物流在换热过程中，其中一侧物流发生相变化，如蒸汽冷凝或液体沸腾，其热流量衡算式为：& w3 v) j4 I4 R一侧有相变化1 Y# e$ B6 c& z% C3 W- W* J两侧物流均发生相变化，如一侧冷凝另一侧沸腾的传热过程式中r,r1,r2--------物流相变热，J/kg；D,D1,D2--------相变物流量，kg/s。
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。
板式换热器的计算方法
板式换热器的计算方法板式换热器的计算是一个比较复杂的过程，目前比较流行的方法是对数平均温差法和NTU法。
在计算机没有普及的时候，各个厂家大多采用计算参数近似估算和流速-总传热系数曲线估算方法。
目前，越来越多的厂家采用计算机计算，这样，板式换热器的工艺计算变得快捷、方便、准确。
以下简要说明无相变时板式换热器的一般计算方法，该方法是以传热和压降准则关联式为基础的设计计算方法。
以下五个参数在板式换热器的选型计算中是必须的：总传热量（单位:kW）.一次侧、二次侧的进出口温度一次侧、二次侧的允许压力降最高工作温度最大工作压力如果已知传热介质的流量，比热容以及进出口的温度差，总传热量即可计算得出温度T1 =热侧进口温度* A3 F7 y& G7 S+ Q T2 =热侧出口温度 3 s' _% s5 s. T" DO q4 b t1 =冷侧进口温度& L8 ~: |; B: t2 M2 w$ z t2=冷侧出口温度热负荷热流量衡算式反映两流体在换热过程中温度变化的相互关系，在换热器保温良好，无热损失的情况下，对于稳态传热过程，其热流量衡算关系为：0 B N/ I" A+ m0 z' H9 ~ （热流体放出的热流量）=（冷流体吸收的热流量）在进行热衡算时，对有、无相变化的传热过程其表达式又有所区别。
（1）无相变化传热过程式中Q----冷流体吸收或热流体放出的热流量，W ；# Q/ p3 p: 14 ~0 N' I） Wmh,mc-----热、冷流体的质量流量，kg/s；+ Z: 19 b- h9 h" r3 P） {/ ACph,Cpc ----- 热、冷流体的比定压热容，kJ/（kg • K）; 6 L8 t6 b3 o& m/ nT1,t1 ------热、冷流体的进口温度，K;T2,t2------热、冷流体的出口温度，K。
（2）有相变化传热过程两物流在换热过程中，其中一侧物流发生相变化，如蒸汽冷凝或液体沸腾，其热流量衡算式为：& w3 v） j4 I4 R一侧有相变化 1 Y# e$ B6 c& z% C3 W- W* J两侧物流均发生相变化，如一侧冷凝另一侧沸腾的传热过程式中r,r1,r2 ---- 物流相变热，J/kg；D,D1,D2 ------- 相变物流量，kg/s。
换热器热量计算
1 2 3 4 5
3 20#
3
T1 t 2 T 2 t1
ln
T1 t 2 T 2 t1
热水流量qv1 热负荷 Q
平均温度差
tm
K u
tm
(T1 t 2) (T 2 t1) T1 t 2 ln T 2 t1
37.11 ℃
传热系数 污垢系数
水-水换热取K=3000 一般取1.05-1.18
冷介质进口温度t1 冷介质出口温度t2 热水流速v1 循环水流速 热水管径（公称直径） 热水管半径r1 水比热容C1 水密度ρ 1
2.计算结果 T1-t2 T2-t1
公式 78.00 ℃ 23.00 ℃ 3.39 1.22 qv1=3.14*r1*r1*v1*2*3600 Q=qv1*ρ 1*C1(T1-T2)/3.6 9.04 m³/h 633024.00 w 45.04 ℃ K u 水-水换热取K=3000 一般取1.05-1.18 F=uQ/Kδ tm 3000.00 w/㎡.℃ 1.10 5.15 ㎡ 3798144.00 W
方案一 换热器计算选型
每台双锥采用换热器进行换热，下面以热水降温到60℃进行计算
1.已知条件
热水进口温度 热水出口温度 T1 T2 90.00 ℃ 60.00 ℃ 32.00 ℃ 42.00 ℃ 2.00 m/s 2.00 m/s 40.00 mm 0.02 m 4.20 KJ/kg.℃ 1000.00 kg/m³
30.92 31水管供应热水，下面以常温下水升到60℃进行计算 热水罐采用0.8m³，实际装水600L，水的温度按照4℃计算 则升温到60℃时所需热量Q=CMΔ T 在10min之内加热完，热负荷为 1h能耗为 换算成大卡 1h蒸汽耗量为 141120 KJ 235.20 kw 846720.00 KJ 210748.61 大卡 0.30 吨
换热器的换热面积计算
换热器热量及面积计算
一、热量计算 1、
一般式
Q=Wh〔Hh,1- Hh,2〕= Wc〔Hc,2- Hc,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=Whcp,h(T1-T2)=Wccp,c(t2-t1)
式中
cp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：
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
△tm=〔△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
△tm=〔△t2-△t1〕/㏑〔△t2/△t1〕 3、面积计算
S=Q/(K. △tm)
三、管壳式换热器面积计算
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、考前须知
冷凝段：潜热〔根据汽化热计算〕
冷却段：显热〔根据比热容计算
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列管式换热器的计算
列管式换热器的计算列管式换热器是一种广泛应用于工业生产中的热交换设备，它通过将热流与冷流进行热交换，实现能量的传递和热平衡。
在设计和计算列管式换热器时，需要考虑到多个因素，如管束布置、热流体的流动方式、传热介质的特性、换热量的计算等。
下面将详细介绍列管式换热器的计算方法。
首先，计算列管式换热器的热负荷。
热负荷是指热交换器每单位时间的传热量，可以通过以下公式计算：Q=m×Cp×ΔT其中，Q为热负荷，单位为W或kW；m为热流体的质量流量，单位为kg/s；Cp为热流体的比热容，单位为J/(kg·℃)或kJ/(kg·℃)；ΔT为热流体的温度差，单位为℃。
其次，计算列管式换热器的传热面积。
传热面积是指热流和冷流之间进行热交换的表面积，可以通过以下公式计算：A=Q/(U×ΔTm)其中，A为传热面积，单位为m²；U为换热系数，单位为W/(m²·℃)或kW/(m²·℃)；ΔTm为平均温差，单位为℃。
换热系数U的计算涉及到多个因素，如传热介质的性质、管道的特性、管束的布置等。
换热系数U可以通过经验公式、理论计算或实验测定获得。
然后，根据传热面积和管束的结构进行管束的安装设计。
列管式换热器中的管束结构可以分为轴向流与横向流两种形式。
轴向流形式中，热流体和冷流体分别在管束的两侧进行流动，适用于气液传热。
横向流形式中，热流体和冷流体在管束的同一侧进行流动，适用于液液传热。
最后，根据换热器的工作条件和要求，选择合适的材料，并设计合适的管束布置方式。
换热器中常用的材料有不锈钢、碳钢、铜、铝等，不同的材料在不同的工况下具有不同的适用性。
管束的布置方式包括平行流、逆流和交叉流等，其选择也与传热介质的特性和工作要求有关。
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换热器热流量的计算公式
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）。