换热器换热效率计算
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
工程热力学与传热学 第十八章 传热过程分析与换热器计算
Q = kA(t1 − t 2 ) = kA∆t m
热流体放出的热量 冷流体吸收的热量
′ ′ Q1 = q m1c1 (t1 − t1′) ′ ′ Q2 = q m c 2 (t 2′ − t 2 )
′ ′ ′ ′ q m1c1 (t1 − t1′) = q m 2 c 2 (t 2′ − t 2 )
A2 β = A1
肋片越高，肋距越小，肋化系 数就越大。
' 肋片与流体的换热量 α 2 (t w 2 − t f 2 ) A2 ' α 2 (t w 2 − t f 2 ) A2η f
ηf 为肋片效率 加肋侧与流体的换热量
' ' Q = α 2 (t w 2 − t f 2 ) A2' +α 2 (t w 2 − t f 2 2) A2η f ' ' A2' A2 = α 2 (t w 2 − t f 2 ) A2 ( + η f ) A2 A2
图9-6 交叉流换热器示意图
4）板式换热器。板式换热器由一组几何结构相同的平行薄平板叠加所 组成，两相邻平板之间用特殊设计的密封垫片隔开，形成一个通道，冷、 热流体间隔地在每个通道中流动。为强化换热并增加板片的刚度，常在平 板上压制出各种波纹。板式换热器中冷、热流体的流动有多种布置方式， 图9-7所示为1-1型板式换热器的逆流布置，这里的1-1型表示冷、热流体 都只流过一个通道。板式换热器拆卸清洗方便，故适合于含有易污染物的 流体(如牛奶等有机流体)的换热。
图9-4 简单的壳管式换热器示意图
为了提高管程流体的流速，在图9-4所示的换热器中，一端的封头里 加了 一块隔板，构成了两管程的结构，称为l-2型换热器(此处l表示壳程 数，2表示管程数)。图9-5所示是一个1-2型换热器的剖面图。
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。
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。
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，oC ；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 m2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。
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。
气气板式换热器选型计算
气气板式换热器选型计算1. 引言板式换热器是一种常见的换热设备，能够在不同流体之间传递热量。
气气板式换热器通常用于气体之间的热量传递，在许多工业场合得到广泛应用。
本文将介绍气气板式换热器的选型计算方法。
2. 换热器选型参数在进行气气板式换热器选型计算之前，需要确定一些换热器的基本参数，包括：•流体的热物性参数：如气体的比热容、摩尔质量等；•换热器的工作条件：如进出口温度、压力等；•换热器的设计要求：如换热面积、效率等。
3. 换热器的换热面积计算换热器的换热面积是选型计算中的一个重要参数。
根据传热原理，换热面积与传热系数、传热温差和传热量之间的关系可以表达为以下公式：$$ Q = U \\cdot A \\cdot \\Delta T $$其中，Q为传热量，Q为传热系数，Q为换热面积，$\\Delta T$为传热温差。
为了计算换热器的换热面积，我们需要先确定换热系数和传热温差。
换热系数可以通过换热器的类型和流体性质来确定，传热温差可以通过进出口温度来计算。
4. 换热器的效率计算换热器的效率是指实际传热量与理论传热量之比，用于评估换热器的性能。
换热器的效率可以根据不同的换热器类型和工况来计算。
以燃气锅炉的烟气冷凝换热器为例，其效率计算公式如下：$$ \\eta = \\frac{Q_r}{Q_s} $$其中，$\\eta$为效率，Q Q为实际传热量，Q Q为理论传热量。
5. 换热器的选型计算方法换热器的选型计算通常涉及到换热面积、换热系数、传热温差和效率等参数。
具体的选型计算方法如下：1.确定热物性参数：根据实际流体的性质，确定流体的热物性参数，如比热容、摩尔质量等。
2.确定工作条件：根据实际工况，确定换热器的进出口温度、压力等参数。
3.计算换热面积：根据传热方程，计算换热面积。
4.计算传热系数：根据换热器的类型和流体性质，计算传热系数。
5.计算传热温差：根据进出口温度，计算传热温差。
6.计算效率：根据换热器的类型和工况，计算换热器的效率。
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℃。
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换热器介绍及热效率的简单计算
一、换热器的基本概念 换热器的定义：凡是用来使热量从热流体传递到冷流体，以满足规
定的工艺要求的装置通称换热器。
间壁式——冷热流体分别位于固体壁面两侧，而由壁面间接隔开来。 混合式——冷热流体
通过直接接触、相互混合来实现换热。
回热式——冷热流体交替地通过同一换热表面而实现热量交换的设备称为蓄热式换热器。
2、换热器的分类？
螺旋板式换热器 波纹管换热器 列管式换热器 板式换热器 螺旋板换热
器 管壳式换热器 容积式换热器 浮头式换热器 管式换热器 热管换热器 汽水换热
器 翅片管换热器
管壳式换热器分为浮头式换热器和固定管板式换热器 1、 浮头式换热器特点
2、 浮头式换热器两端的管板，一端不与壳体相连，该端称浮头。管子受
热时，管束连同浮头可以沿轴向自由伸缩，完全消除了温差应力。 浮头式换热器的特
点
浮头式换热器的一端管板固定在壳体与管箱之间，另一端管板可以在壳体内自由移动，这个
特点在现场能看出来。这种换热器壳体和管束的热膨胀是自由的，管束可以抽出，便于清洗
管间和管内。其缺点是结构复杂，造价高（比固定管板高20%），在运行中浮头处发生泄漏，
不易检查处理。
三种类型换热器简介
螺旋板式 板式 交叉流换热器
管壳式
壳管式 套管式 )
蓄热式
混合式 间壁式
板翅式管翅式管束式
浮头式换热器适用于壳体和管束温差较大或壳程介质易结垢的条件。
3、 固定管板式换热器(,4E-401, 4E-200)
固定管板式换热器主要有外壳、管板、管束、顶盖（又称封头）等部件构成。在圆形外壳
内，装入平行管束，管束两端用焊接或胀接的方法固定在管板上，两块管板与外管直接焊接，
装有进口或出口管的顶盖用螺栓与外壳两端法兰相连。它的特点是结构简单，没有壳侧密封
连接，相同的壳体内径排管最多，在有折流板的流动中旁路最小，管程可以分成任何管程数，
因两个管板由管子互相支撑，故在各种管壳式换热器中它的管板最薄，造价最低，因而得到
广泛应用。这种换热器的缺点是：壳程清洗困难，有温差应力存在。当冷热两种流体的平均
温差较大，或壳体和传热管材料膨胀系数相差较大，热应力超过材料的许用应力时，在壳体
上需设膨胀节，由于膨胀节强度的限制，壳程压力不能太高。这种换热器适用于两种介质温
差不大，或温差较大但壳程压力不高，及壳程介质清洁，不易结垢的场合。
4、 翅片管换热器（冷却器）(4E-202,4E-100,4E-501, 4E-204)
凡在换热管上加装翅片,以达到增加散热面积的冷热交换器，均可归纳为“翅片管散热器”，
也叫热管式换热器。
翅片管散热器按翅片的结构形式可分为绕片式；串片式；焊片式；轧片式。常用的材料
为钢；不锈钢；铜；铝等。
翅片管散热器一般用于加热或冷却空气，具有结构紧凑，单位换热面积大等特点。
二、换热器的简单计算
换热器热计算分两种情况：设计计算和校核计算
(1)设计计算：设计一个新的换热器，以确定所需的换热面积
（2） 校核计算：对已有或已选定了换热面积的换热器，在非设计工况条件下，核算他能
否胜任规定的新任务。
换热器热计算的基本方程式是传热方程式及热平衡式
式中， 不是独立变量，因为它取决于 以及换
热器的布置。
另外，根据公式(1)可知，一
旦 和 以
及 中的三个已知的话，我们就可以计算出另
外一个温度。因此，上面的两个方程中共有8个未知数，即需要给定其中的5个变量，才可
以计算另外三个变量。 对于设计计算而言，给定的是 ，以及进出
口温度中的三个，最终求
对于校核计算而言，给定的一般是 ， 以及2个进口温度，待求的是
。
举例简单计算： 以4E-100举例，
壳程：氮气 流量 30100kg/h, 比热 0.25 kcal/kg , 进口温
度 182 ℃
管程: 导热油 流量 16340kg/h 比热 0.5 kcal/kg , 进口温
度 260 ℃,出口温度
225 ℃ 求氮气的出口温度是多少?(忽略污垢热阻)
可根据方程式(1)计算得氮气出口温度在220℃.
以4E-501为例计算总的传热系数： 管程：循环水 流量 68000kg/h 比
热 1 kcal/kg , 进口温度 32 ℃,出口温度37 ℃壳程：氮气 流
量 21936kg/h, 比热 0.25 kcal/kg , 进口温度97 ℃, 出口温度
35 ℃,换热面积715m2 计算传热系数K
解：循环水热负荷 Q=qmcp（T进-T出）=68000*1*（32—37）
=340000kcal 平均温度差 逆
流 97℃ 35 ℃
37℃ 32℃ △T1=97-37=60 △T2=35-32=3
因△T1/△T2=60/3=20>2 △TM=(△T1-
△T2)/LN(△T1/△T2)=19℃ Q=KA△TM K=Q/A△TM=340000/715*19=25.03 kcal/h
m2℃
三、影响换热器换热效果的因素
造成换热器换热效果下降的原因有以下几种 1）冷却水量少
5 R% u: n2 F/ p! Z8 W% B& 2）冷却水温高% O& Z7 u* k) {.
3）壳程杂质堵塞换热器列管或者结垢，造成水冷器换热效果下降。 4）管程杂质吸附在管
壁上，造成换热效果下降。 5）换热器内漏，造成换热效果下降。
6）换热器投用时不排气造成换热效果下降。
四、换热器热效率下降判断及换热器的清洗?
1、根据温度判断：换热器出口温度减小$ h' s8 B1 _, g 2。根据压力判断：换热器
出口压力减小，进口压力增大 3。根据流量判断：，换热器出口流量减少
4。根据换热器前后相关设备判断：换热器前设备压力增大，流量减少，液位升高；换热器
后设备压力减小，流量减少，液位下降
（注：可编辑下载，若有不当之处，请指正，谢谢!）