换热器原理及设计大纲.pdf
热交换器原理与设计—第1章 热交换器热计算的基本原理
1.2 平均温差
1.2.2 顺流和逆流情况下的平均温差
简单顺流时的对数平均温差 假设： 假设： (1)冷热流体的质量流量 (1)冷热流体的质量流量qm2、qm1 冷热流体的质量流量 以及比热容c 是常数； 以及比热容 2, c1是常数； (2)传热系数是常数 传热系数是常数； (2)传热系数是常数； (3)换热器无散热损失； (3)换热器无散热损失； 换热器无散热损失 (4)换热面沿流动方向的导热量 (4)换热面沿流动方向的导热量 可以忽略不计。 可以忽略不计。 下标1 下标1、2分别代表热冷流体。 分别代表热冷流体。 上标1撇和2 上标1撇和2撇分别代表进出口
将对数平均温差写成 如下统一形式( 如下统一形式(顺流 和逆流都适用) 和逆流都适用)
1.2 平均温差
1.2.2 顺流和逆流情况下的平均温差 算术平均温差 平均温差的另一种更为简单的形式是算术平均温差， 平均温差的另一种更为简单的形式是算术平均温差，即
∆t m ,算术
∆t max + ∆t min = 2
1.1 热计算基本方程式
传热方程式和热平衡方程式 1.1.1 传热方程式
Q = ∫ k ∆tdF
0
F
Q — 热负荷 k、∆t—微元面上的传热系 、 — 数和温差。 数和温差。
Q = KF ∆tm
K — 总传热系数 ∆tm—对数平均温差。 对数平均温差。
1.1 热计算基本方程式
1.1.1 传热方程式
∆t m ,对数
∆t max − ∆t min = ∆t max ln ∆t min
∆tmax ∆tmin ≤ 2 时，
算术平均温差相当于温度呈直线变化的情况，因此， 算术平均温差相当于温度呈直线变化的情况，因此，总是大 于相同进出口温度下的对数平均温差， 于相同进出口温度下的对数平均温差，当 两者的差别小于4％；当 两者的差别小于4％；当 于2.3％。 2.3％。
换热器原理与设计教学大纲
换热器原理与设计教学大纲
1. 教学目的
换热器是化工、环保、能源等领域中非常重要的设备之一。
本课程旨在使学生具备以下能力和知识：
1.熟悉换热器的分类、原理和性能指标；
2.掌握换热器的设计方法和流程；
3.了解换热器的运行和维护。
2. 教学内容
1.换热器基础知识
–换热器的分类和结构
–换热器的热传导和热阻
–换热器的性能指标
2.换热器设计基础
–换热器的热力学计算
–换热器的流量计算
–换热器的传热面积计算
3.换热器设计实例
–不同类型换热器的设计案例
–换热器的成本分析
4.换热器的应用
–换热器在工业领域的应用
–换热器在能源领域的应用
–换热器在环保领域的应用
3. 教学方法
本课程采用讲授、案例分析、实验教学等多种方式，讲解换热器理
论和技术。
并通过分组或个人设计一定规模的换热器项目，盘点在换
热器设计上的种种流程问题，从而使学生更好地了解换热器的相关知
识和技术。
4. 教学评价
1.科目考核分为期中试和期末试，期末试占总评的70%。
2.实验分为实验报告和上机实验两个部分，共占总评的30%。
3.期末考试内容包括知识点的选择和设计题，以及标准的换
热器项目设计。
5. 参考书目
1.《化工传热学》（高等教育出版社）
2.《换热器设计》（化学工业出版社）
3.《传热学》（科学出版社）。
换热器的设计原理
各种换热器的特点
• 管式：这一类型的换热器，虽然在换热效率、设备结构的紧凑性（换 热器在单位体积中的传热面积m2/m3）和金属消耗量（kg/m2)等方面 都不如其它新型的换热器，但它具有结构坚固，操作弹性大（指流体 的温度和流量等参数在一定范围内有短时间的波动，对生产不会带来 太大的影响）和使用材料范围广的有点。尤其在高温、高压和大型换 热器中，仍占着相当优势。
• 真空钎焊炉钎焊而成的，常用于制冷空调系统，空压机余热回收系统。主要 特点□耐高压：最高可达3.0MPa □密封性能好：采用纯铜钎焊□适用温度 范围广：-195℃～180℃□传热效率高：最高可达7000W/㎡.K□可用于小温
差传热：最小温差1.0℃□结构紧凑,体积小,重量轻,滞液量少
全焊板式换热器
• 板面式：这类换热器的传热性能要比“管式”换热器优越，由于结构 上的特点，使流体能在较低的速度下就能达到湍流状态，从而强化了 传热。该设备采用板材制作，故在大规模组织生产时，可降低设备成 本，但其耐压性能比管式差。
• 新型材料换热器：它是适应于处理腐蚀性流体的条件下发展起来的， 从结构上来分析，它与上述各种形式换热器基本上是大同小异，从材 料上考虑，可把它分成非金属材料和稀有金属材料两种，后面一种正 是为解决化工生产中高温和高压下的腐蚀性问题。非金属包含有石墨、 玻璃、陶瓷、聚四氟乙烯等，尤以石墨、聚四氟乙烯用途广
做成塔状。 2、间壁式换热器 换热时，热冷流体由固体壁面隔开，流体不发生接触与混合，是应用最
广的换热器。如：管壳式换热器、板式换热器等 3、蓄热式换热器 热、冷流体交替与固体蓄热体发生接触传热。如：回转式空气预热器等。
结构紧凑、价格便宜、单位体积换热面积大，适合于气-气热交换的 场合。由于流体交换输入，有一小部分流体互相参合的现象，造成流 体的”污染“ 4、中间载热体式换热器 通过载热体在两个间壁式换热器之间的循环，实现热量传递。如：热管 式换热器等。（也可以归第二类）
换热器的设计说明书
西安科技大学—乘风破浪团队1换热器的设计1.1 换热器概述换热器是化工、石油、动力、食品及其它许多任务业部门的通用设备，在生产中占有重要地位。
换热器种类很多，但根据冷、热流体热量交换的原理和方式基本上可分三大类即：间壁式、混合式和蓄热式。
在三类换热器中，间壁式换热器应用最多。
换热器随着换热目的的不同，具体可分为加热器、冷却器、蒸发器、冷凝器，再沸器和热交换器等。
由于使用条件的不同，换热设备又有各种各样的形式和结构。
换热器选型时需要考虑的因素是多方面的，主要有: ① 热负荷及流量大小； ② 流体的性质；③ 温度、压力及允许压降的范围； ④ 对清洗、维修的要求；⑤ 设备结构、材料、尺寸、重量； ⑥ 价格、使用安全性和寿命；按照换热面积的形状和结构进行分类可分为管型、板型和其它型式的换热器。
其中，管型换热器中的管壳式换热器因制造容易、生产成本低、处理量大、适应高温高压等优点，应用最为广泛。
管型换热器主要有以下几种形式：（1）固定管板式换热器：当冷热流体温差不大时，可采用固定管板的结构型式，这种换热器的特点是结构简单，制造成本低。
但由于壳程不易清洗或检修，管外物料应是比较清洁、不易结垢的。
对于温差较大而壳体承受压力较低时，可在壳体壁上安装膨胀节以减少温差应力。
（2）浮头式换热器：两端管板只有一端与壳体以法兰实行固定连接，称为固定端。
另一端管板不与壳体连接而可相对滑动，称为浮头端。
因此，管束的热膨胀不受壳体的约束，检修和清洗时只要将整个管束抽出即可。
适用于冷热流体温西安科技大学—乘风破浪团队2差较大，壳程介质腐蚀性强、易结垢的情况。
（3）U 形管式换热器换：热效率高，传热面积大。
结构较浮头简单，但是管程不易清洗，且每根管流程不同，不均匀。
表1-1 换热器特点一览表西安科技大学—乘风破浪团队3在过程工业中，由于管壳式换热器具有制造容易，生产成本低，选材范围广，清洗方便，适应性强，处理量大，工作可靠，且能适应高温高压等众多优点，管西安科技大学—乘风破浪团队4壳式换热器被使用最多。
换热器教学大纲
换热器教学大纲换热器教学大纲换热器作为热力学和工程领域中的重要设备，广泛应用于工业生产、能源利用以及环境保护等方面。
为了更好地培养学生对换热器的理论和实践能力，制定一份全面而系统的换热器教学大纲显得尤为重要。
本文将从换热器的基本原理、分类、设计与计算、性能评价等方面来探讨换热器教学大纲的内容。
一、换热器的基本原理在换热器教学大纲中，首先需要介绍换热器的基本原理。
换热器是通过热传导、对流和辐射等方式实现热量的传递，因此学生需要了解换热器的热传导基本原理、对流传热机理以及辐射传热的特点。
此外，还需介绍换热器的传热表达式以及换热器的热阻和热效率等概念。
二、换热器的分类在教学大纲中，换热器的分类也是一个重要的内容。
根据不同的换热方式和结构特点，换热器可以分为管壳式换热器、板式换热器、螺旋板换热器、管束式换热器等多种类型。
每种类型的换热器都有其适用的场合和特点，学生需要了解它们的工作原理、结构特点以及应用范围。
三、换热器的设计与计算换热器的设计与计算是换热器教学大纲中的重要内容之一。
学生需要学习换热器的传热计算方法，包括换热器的传热面积计算、传热系数的估算以及传热过程中的温度场分析等。
此外，还需介绍换热器的流体力学计算方法，包括流体的流速、流量、压降等参数的计算，以及流体在换热器内的流动状态分析。
四、换热器的性能评价在教学大纲中，换热器的性能评价也是一个重要的内容。
学生需要学习如何评价换热器的传热性能和流体力学性能，包括传热系数的确定、热阻的计算、热效率的评估以及压降的分析等。
此外，还需介绍换热器的可靠性评价方法，包括换热器的寿命预测、故障诊断以及维护管理等方面的知识。
五、实践教学与案例分析除了理论知识的学习，实践教学和案例分析也是换热器教学大纲中不可或缺的一部分。
学生需要通过实验室实践和工程实例的分析，来加深对换热器理论知识的理解和应用。
实践教学可以包括换热器的实验研究、性能测试以及故障排除等方面的内容。
换热器工作原理讲解
换热器工作原理讲解换热器的工作原理换热器是将热流体的部分热量传递给冷流体的设备，乂称热交换器，在一个大的密闭容器内装上水或其他介质，而在容器内有管道穿过。
让热水从管道内流过。
由于管道内热水和容器内冷热水的温度差，会形成热交换，也就是初中物理的热平衡，高温物体的热量总是向低温物体传递，这样就把管道里水的热量交换给了容器内的冷水。
一、传热:即热量的传递，是自然界中普遍存在的物理现象。
凡是有温度差存在的物系之间，就会导致热量从高温处向低温处的传递的传热过程。
解决传热问题，都需要从总的传热速率方程出发，即：式中:Q—冷流体吸收或热流体放岀的热流量，W; K—传热系数，A—传热面积，；一平均传热温差，？传热的基本方式根据热量传递机理的不同，传热基本方式有三种，即热传导、对流和辐射。
热传导: 热传导乂称导热。
是指热量从物体的高温部分向同一物体的低温部分、或者从一个高温物体向一个与它直接接触的低温物体传热的过程。
•对流传热：对流传热是依靠流体的宏观位移，将热量由一处带到另一处的传递现象。
在化工生产中的对流传热，往往是指流体与固体壁面直接接触时的热量传递。
•辐射传热：乂称为热辐射，是指因热的原因而产生的电磁波在空间的传递。
物体将热能变为辐射能，以电磁波的形式在空中传播，当遇到另一物体时，乂被全部或部分地吸收而变为热能。
作为换热设备，我们主要关心的热传导和对流传热。
对流传热大多是指流体与固体壁面之间的传热，其传热速率与流体性质及边界层的状况密切相关。
如图在靠近壁面处引起温度的变化形成温度边界层。
温度差主要集中在层流底层中。
假设流体与壁面的温度差全部集中在厚度为§1'的有效膜内，该膜既不是热边界层，也非流动边界层，而是一集中了全部传热温差并以导热方式传热的虚拟膜。
对流传热速率方程可用牛顿冷却定律来描述，该定律是一个实验定律：对两侧流体，均可使用牛顿冷却定律，即：Q二ciAAt式中:Q——对流传热的热流量，W; A——对流传热面积，m2; At----壁面温度与壁面法向上流体的平均温度之差，K; a----比例系数，称为表面传热系数，W/(m?.K)二、对流传热对流传热大多是指流体与固体壁面之间的传热，其传热速率与流体性质及边界层的状况密切相关。
换热器工作原理
换热器工作原理换热器是一种用于传递热量的设备，广泛应用于工业生产、建筑、航空航天等领域。
它能够在不同的介质之间传递热量，从而实现能量的转移和利用。
本文将详细介绍换热器的工作原理，包括换热器的基本结构、热量传递方式、换热器的性能参数以及应用领域等方面的内容。
一、换热器的基本结构换热器一般由壳体、管束、传热介质进出口、支撑结构等部分组成。
壳体是换热器的外壳，通常由金属材料制成，具有良好的强度和耐腐蚀性。
管束是换热器的核心部分，由一系列平行排列的管子组成，用于传递热量。
传热介质进出口是用于将热量输入或输出的接口，通常通过管道与外部系统相连。
支撑结构用于支撑和固定换热器的各个部分，确保其正常运行。
二、热量传递方式换热器的热量传递方式主要有对流传热和传导传热两种。
对流传热是指通过流体的对流运动来传递热量，包括强制对流和自然对流两种形式。
强制对流是指通过外部力的作用，使流体产生对流运动，从而加速热量的传递。
自然对流是指在无外部力作用下，由于温度差异而产生的对流运动。
传导传热是指通过物质内部的分子振动和碰撞来传递热量，是一种无需介质流动的传热方式。
三、换热器的性能参数换热器的性能参数主要包括传热系数、热阻、效能和压降等。
传热系数是指单位面积上单位时间内传递的热量，是评价换热器传热能力的重要指标。
热阻是指在单位温差下，单位时间内通过换热器的热量损失。
效能是指换热器的实际传热量与理论传热量之比，是评价换热器传热效果的指标。
压降是指流体在换热器中流动时所受到的阻力损失，是评价换热器流体动力性能的指标。
四、换热器的应用领域换热器广泛应用于工业生产、建筑、航空航天等领域。
在工业生产中，换热器常用于石油化工、电力、冶金等行业，用于加热、冷却和回收热量。
在建筑领域，换热器常用于中央空调系统和供暖系统，用于调节室内温度。
在航空航天领域，换热器常用于航空发动机和航天器的热管理系统，用于控制温度和保护设备。
总结：换热器是一种用于传递热量的设备，能够在不同的介质之间传递热量，实现能量的转移和利用。
换热器工作原理
换热器工作原理换热器是一种常见的热交换设备，用于在两个或多个流体之间传递热量。
它在许多工业和家庭应用中起着重要的作用，例如空调系统、冷却塔、汽车散热器等。
本文将详细介绍换热器的工作原理及其应用。
一、换热器的基本原理换热器的基本原理是通过两个或多个流体之间的热量传递来实现热能的转移。
其中一个流体通常被称为“工作流体”，它的温度需要被调节或控制；另一个流体通常被称为“介质流体”，它的温度可以是固定的或者是与环境温度相同。
换热器通常由许多平行的管道组成，这些管道可以是直立的、弯曲的或螺旋形的。
工作流体和介质流体通过这些管道流动，通过管道壁的传热来实现热量的转移。
二、换热器的工作过程换热器的工作过程可以分为两个阶段：加热和冷却。
1. 加热过程在加热过程中，工作流体的温度低于介质流体的温度。
工作流体从换热器的进口进入，通过管道流动。
同时，介质流体从换热器的出口进入，也通过管道流动。
在这个过程中，工作流体的温度逐渐增加，而介质流体的温度逐渐降低。
热量从介质流体传递到工作流体，使得工作流体的温度升高。
2. 冷却过程在冷却过程中，工作流体的温度高于介质流体的温度。
工作流体从换热器的出口进入，通过管道流动。
同时，介质流体从换热器的进口进入，也通过管道流动。
在这个过程中，工作流体的温度逐渐降低，而介质流体的温度逐渐升高。
热量从工作流体传递到介质流体，使得工作流体的温度降低。
三、换热器的应用领域换热器广泛应用于各个领域，以下是一些常见的应用场景：1. 空调系统在空调系统中，换热器被用来调节和控制空气的温度。
空气通过换热器流动，与冷却剂接触，从而实现热量的转移。
这样，空气可以被冷却或加热，以满足人们的舒适需求。
2. 冷却塔冷却塔是一种常见的工业设备，用于将热水冷却。
在冷却塔中，热水通过换热器流动，与空气接触，从而实现热量的传递。
这样，热水的温度可以降低，以便于后续的工业生产过程。
3. 汽车散热器汽车散热器是用于散热的设备，通过换热器将发动机冷却液中的热量传递给空气。
换热器的设计1-基本原理
Dept. of Thermal Power Engineering － NCEPU
主讲：魏高升
混合式（直接接触式） ：换热器内冷、热流体直 接接触、互相混合来实现热量交换。
典型应用：
电厂中的水冷塔
海勒式间接空冷凝汽器
Dept. of Thermal Power Engineering － NCEPU
Dept. of Thermal Power Engineering － NCEPU
主讲：魏高升
2.1 换热器的传热计算的基本参数
一、基本参数和方程
流体1的放热热流量
qm1c1 t1' t1" W1 t1' 9; " ' " qm 2c2 t2 t2 W2 t2 t2
Dept. of Thermal Power Engineering － NCEPU
主讲：魏高升
几种常见扩展表面的肋片效率：
实际散热量 f 假想整个肋表面的温度处于肋根温度下的散热量
•对于等截面直肋： ＝ tanh(mH )
0
m
mH
hP 2h Ac
肋片效率的影响因素：
f
热管式换热器具有较高的传热性能，但热管的制 造工艺较复杂，热管的密封性、寿命问题需重点考虑。
Dept. of Thermal Power Engineering － NCEPU
主讲：魏高升
间壁式换热器中冷、热流体的相对流动方向
在冷、热流体进口温度相同、流量相同、换热面 面积相同的情况下，流动型式影响冷、热流体的出口 温度、换热温差、换热量以及换热器内的温度分布。
顺排（矩形肋片）：
换热器工作原理
换热器工作原理换热器是一种用于传递热量的设备，它主要通过将热量从一个流体传递到另一个流体来实现热能的转移。
换热器广泛应用于各个领域，例如供暖系统、空调系统、化工工艺、石油炼制以及食品加工等。
换热器的工作原理基于热传导和对流传热的原理。
其基本组成部分包括热交换管道、壳体、流体进出口以及换热介质等。
首先，让我们来了解一下换热器的基本构造。
换热器通常由两个主要部分组成：壳体和管束。
壳体是一个容器，用于容纳管束和流体。
管束是由一系列平行排列的管道组成，这些管道可以是直管、弯管或螺旋管，以增加换热面积。
当两种不同温度的流体通过换热器时，热量会从温度较高的流体传递到温度较低的流体。
这个过程可以通过以下几个步骤来描述：1. 流体进入：两种流体分别通过换热器的进口管道进入壳体。
一种流体被称为热源流体，它的温度较高；另一种流体被称为冷却流体，它的温度较低。
2. 流体分流：壳体内部的流体被分成多个通道，以便使两种流体分别在管束内流动，从而实现热量的传递。
3. 热传导：热源流体通过管束的壁面传导热量到管道内部，然后传递给冷却流体。
这个过程中，热源流体的温度逐渐降低，而冷却流体的温度逐渐升高。
4. 对流传热：在热传导的基础上，热源流体和冷却流体之间还会发生对流传热。
当两种流体在管束内流动时，流体之间会发生摩擦，从而增加热量的传递效率。
5. 流体排出：经过热量传递后，热源流体和冷却流体分别从换热器的出口管道排出。
此时，热源流体的温度已经降低，而冷却流体的温度已经升高。
换热器的性能主要取决于其传热效率和压力损失。
传热效率是指实际传递的热量与理论最大传递热量之间的比值。
压力损失是指流体在通过换热器时由于摩擦和阻力而引起的压力降低。
为了提高换热器的传热效率，可以采取以下措施：1. 增大换热面积：通过增加管束的长度、增加管束的数量或使用螺旋管束等方式，可以增加换热器的换热面积，从而提高传热效率。
2. 提高流体的流速：增加流体的流速可以增加对流传热的效果，从而提高传热效率。
全套电子课件：热交换器原理与设计
Mb
t1 t1expma L
expma L expmb L
(p)
将式(p)代入(n)，则：
Z
t1
t1
t1
t1
expma L mb expma
x L
expmb expmb
L
L
ma 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
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。
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
W1 KS
d 2t1 dx 2
2 dt1 dx
KS W2
t2b
t2a
(h)
将式(b)代入式(h)并整理：
d 2t1 dx 2
2KS W1
dt1 dx
KS W2
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：
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：
Mama
Mbmb
换热器原理与设计课件第五章电子设备的自然冷却设计
A02.410 30H0.5t1.5
式中：A0 —— 进风孔面积，cm2； Φ0 —— 通风孔应散热流量，W； H —— 自然冷却设备机箱高度，cm； Δt =t2－ t1 ； t2 —— 设备内部空气温度，℃； t1 —— 设备外部周围环境温度。
第二讲 电子设备强迫空气冷却设计
2.1 强迫空气冷却的热计算 2.2 通风机 2.3 系统压力损失及计算 2.4 强迫空气冷却系统的设计 2.5 通风管道的设计 2.6 强迫空气冷却的机箱和机柜设计
2.1 强迫空气冷却的热计算
强迫空气冷却换热计算的难点在于固体壁面和空气之间对 流换热系数的确定。
心脑血管病是世界卫生组织总干事讲过只要采取预防措施就能减少一半的死亡也就是说一半的死亡完全是可以预防的心脑血管病是世界卫生组织总干事讲过只要采取预防措施就能减少一半的死亡也就是说一半的死亡完全是可以预防的心脑血管病是世界卫生组织总干事讲过只要采取预防措施就能减少一半的死亡也就是说一半的死亡完全是可以预防的心脑血管病是世界卫生组织总干事讲过只要采取预防措施就能减少一半的死亡也就是说一半的死亡完全是可以预防的心脑血管病是世界卫生组织总干事讲过只要采取预防措施就能减少一半的死亡也就是说一半的死亡完全是可以预防的心脑血管病是世界卫生组织总干事讲过只要采取预防措施就能减少一半的死亡也就是说一半的死亡完全是可以预防的三压力损失计算的基本类型已知流速长度直径粘度及粗糙度求压力损失
D 平行于平面（或板）
0.055Re0.75
L
掠过圆柱体或导线（表5-5，120页）
bRme
D
流过球体 0.33 Re0.6
《换热器课程设计》教学大纲.docx
《换热设备课程设计》课程教学大纲、课程根本信息二、课程目标（一）总体目标：《换热器设备课程设计》是建筑环境与能源应用工程的一门大类根底课程。
在换热器热计算根本原理根底上，以水冷式、混合式、风冷式热交换器为主要对象，系统阐述其工作原理、传热计算、结构计算、流动阻力计算和设计程序。
通过本课程的讲授，使学生能系统地掌握目前常见的各种热交换器原理、特性和设计计算方法，并对试验研究方法、强化传热途径、优化设计和性能评价有一定了解;培养学生具有一般民用和工业用热交换器的设计能力。
本课程以课堂讲授和学生动手为主，采用多媒体课件、实物教具等使同学对讲授内容有一定感性认识，并结合工程实际讲解，同时适当介绍课外补充资料让同学自行查找学习以帮助同学充分掌握知识，提高教学效果，培养学生将理论知识与工程实践相结合的能力。
（二）课程目标：课程目标1:1.1 了解热交换器的分类2掌握热交换器设计计算的内容课程目标2：1.1 了解热交换器热计算方法的比拟2熟悉流体流动方式的选择2.3掌握热计算根本方程式，平均温差，传热有效度课程目标3：3. 1 了解管壳式冷凝器与蒸发器的工作特点2熟悉管壳式热交换器的类型、标准与结构2.3掌握管壳式热交换器的结构计算，管壳式热交换器的传热计算，管壳式热交换器的流动阻力计算，管壳式热交换器的合理设计。
课程目标4：3. 1 了解螺旋板式热交换器2熟悉板翅式热交换器，螺旋板式热交换器4.3掌握板式热交换器，热管热交换器，蒸发冷却（冷凝）器课程目标5：5. 1 了解风冷式热交换器的结构和工作原理2.2熟悉风冷式热交换器的传热计算，热交换器的流动阻力计算，热交换器的合理设计3掌握风冷式热交换器与水冷式热交换器的比拟课程目标6：4. 1 了解传热特性试验，阻力特性试验，传热强化及结垢与腐蚀，热交换器的优化设计简介2熟悉热交换器性能评价（三）课程目标与毕业要求'课程内容的对应关系表1：课程目标与课程内容、毕业要求的对应关系表三、教学内容第一章绪论1.教学目标了解热交换器的分类，掌握热交换器设计计算的内容2.教学重难点各种热交换器的应用及分类3.教学内容研究热交换器的重要性，热交换器的分类，热交换器设计计算的内容介绍。
第一章换热器热计算的基本原理
Δtm
=
ln
t1′＋t1′′−
(t1′ − t1′′)2
t2′ − t2′′ +
+ (t2′′ − t2′ )2 (t1′ − t1′′)2 +
(t2′′
−
t2′
)2
t1′＋t1′′− t2′ − t2′′ − (t1′ − t1′′)2 + (t2′′ − t2′ )2
利用参数P、R可将上式改写成：
若假定各段的K值相等 ⇒ 积分平均温差
( ) Δtm int = n Q
∑ ΔQi / Δti
i =1
也可按每段传热量相同的方法分段;
设有n段，则每段传热量为ΔQi
=
Q n
=
KΔFΔt i
⇒ F = ∑ ΔF,
∑ F
=
Q Kn
n i =1
1 Δti
;
此时积分平均温差(Δtm
)
int
=
n n1
∑i=1 Δti
普遍形式
∫F
Q = 0 kΔtdF Q − −热负荷；k − −任一微元传热面处的传热系数； Δt − −微元传热面处两种流体温差 由于k和Δt是F的函数，计算复杂，工程中采用简化公式： Q＝KFΔtm K − −整个传热面上的平均传热系数 F − −传热面积；Δtm − −两种流体之间的平均温差
2－4、2－8等多流程管壳式换热器的修正系数
一次交叉流，两种流体各自都不混合时的修正系数
一次交叉流，一种流体混合、一种流体不混合时的修正系数
1.2.2 顺流和逆流情况下的对数平均温差 Δtm
以顺流或者逆流情况为例，作如下假设：
（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。 （5）同一种流体从进口到出口不能既 有相变又有单相对流换热
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（六）考核 总评成绩 =平时成绩 +课程考试成绩 +实验成绩
五、实验教学内容及其要求
1.建议安排做 6 学时的实验。
换热器综合实验 4 学时和气 -气热管换热器实验 2 学时，了解换热器实验原理及系统， 测试方法和实验的步骤，进行实验和数据处理，完成实验报告。
2.学生实验成绩占课程学习成绩的 10%。
六、建议学时分配
ห้องสมุดไป่ตู้
教
学
教
环
节
学
教
时
学
数
内
容
（一）绪论 （二）热交换器计算的基本原理 （三）管壳式热交换器 （四）高效间壁式热交换器 （五）混合式热交换器 （六）蓄热式热交换器 （七）热交换器的试验与研究
总计
随
讲
实
习
讨
上
小
堂
题
论
考
课
验
课
课
机
计
核
2
2
8
2
2
12
8
2
10
6
2
2
10
2
2
4
4
2
2
8
2
2
32
6
6
4
48
七、课程考核方法与要求
本课程为考试课。学生课程总评成绩由平时成绩（
20%）、实验成绩（ 10%）和课程考
试成绩（ 70%）三部分构成。平时成绩由出勤、作业和课堂表现组成。课程考试采取闭卷笔
试。实验成绩不及格者，不允许参加课程考试。
八、建议教材与参考书 教 材：史美中，王中铮 .《换热器原理与设计》 .（第一版） .南京：东南大学出版社， 2009 参考书： [1] 钱颂文 .《换热器设计手册》 .（第一版） .北京：化学工业出版社， 2002 [2] 朱聘冠 .《换热器原理及计算》 .北京：清华大学出版社， 1987 [3] 林宗虎 ..《强化传热及其工程应用》 .（第一版） . 北京：机械工业出版社， 1987
算，对流换流系数计算， 传热面积计算， 逆流时的蓄热式热交换器与间壁式热交换器的计算。
重点是蓄热式热交换器的传热系数计算、 对流换流系数计算、 传热面积计算、 逆流时的
蓄热式热交换器与间壁式热交换器的计算。
（七）热交换器的试验与研究
掌握传热系数的测定方法， 阻力特性试验的测定方法， 增强传热的基本途径， 增强传热
（五）混合式热交换器
讲授冷水塔的热力计算、 通风阻力计算与设计计算， 汽 -水喷射式热交换器的相关计算、
水- 水喷射式热交换器的相关计算；介绍混合式热交换器的分类。
（六）蓄热式热交换器
介绍回转型蓄热式热交换器和阀门切换型蓄热式热交换器的构造和工作原理；
讲授蓄热
式热交换器的计算、蓄热式热交换器与间壁式热交换器中气流及材料的温度变化比较。
重点是冷水塔的热力计算，冷水塔的通风阻力计算，冷水塔的设计计算，汽
- 水喷射式
热交换器的相关计算，水 - 水喷射式热交换器的相关计算。
（六）蓄热式热交换器
了解回转型蓄热式热交换器和阀门切换型蓄热式热交换器的构造和工作原理，
蓄热式热
交换器与间壁式热交换器中气流及材料的温度变化比较；
掌握蓄热式热交换器的传热系数计
《换热器原理及设计》教学大纲
Principles and Design of Heat Exchanger
一、课程类别和教学目的
课程类别： 专业课
课程教学目标： 通过该门课程的学习， 使学生了解各种常用热交换器（也称换热器） 的
工作原理， 掌握以满足流动和传热为条件的热交换器的设计方法，
了解热交换器的实验研究
（三）管壳式热交换器
介绍管壳式热交换器的类型、 标准与结构； 讲授管壳式热交换器的结构计算、 传热计算
和流动阻力计算、管壳式热交换器的设计程序、管壳式冷凝器与蒸发器的工作特点。
（四）高效间壁式热交换器
介绍螺旋板式热交换器、板式热交换器、板翅式热交换器、翅片管热交换器、热管热交
换器、蒸发（冷却）器、微尺度热交换器的结构、工作原理及其设计计算。
的方法； 了解热交换器的结垢类型与腐蚀方法， 热交换器的优化设计， 热交换器的性能评价
方法。
重点是传热系数的测定方法、 阻力特性试验的测定方法、 增强传热的基本途径、 增强传
热的方法。
四、课程教学环节
（一）课堂讲授（ 32 学时）
授课过程中穿插与本课程内容相关的外延内容。互动式教学，充分调动学生学习的积
方法、强化技术和性能评价，为以后的学习、创新和科学研究打下扎实的理论和实践基础。
二、课程教学内容
（一）绪论
介绍热交换器的重要性、分类及其在工业中的应用，换热器设计计算的内容。
（二）热交换器计算的基本原理
介绍传热方程式、 热平衡方程式的应用； 讲授流体比热或传热系数变化时的平均温差的
计算方法、传热有效度、热交换器计算方法的比较、流体流动计算方法的比较。
2 学时）； 2 学时）；
（三）课外设计大作业
本课程暂无此安排。 （四）课外科技活动
本课程暂无此安排
（五）培养学生能力措施和要求 通过本课程各个教学环节的教学，重点培养学生的自学能力、动手能力、分析问题和
解决问题的能力。 通过实际工程的举例， 使学生把所学知识与实际工作联系起来， 主动的去
思考解决问题的方法。 要求学生从调研、 查阅科技资料入手， 利用所学知识， 综合考虑解决 实际问题，并鼓励学生创新性的构思，培养解决其实际问题的能力。
极性。 引导学生在学习过程中与其他相关学科结合， 拓展思维， 将本专业的各科知识充分联
系起来。
（二）习题、讨论课（ 10 学时）
1.逆流和顺流平均温差的比较计算（ 2 学时）； 2.换热器热计算方法的比较讨论（ 2 学时）； 3.管壳式换热器的传热、阻力计算和讨论（ 2 学时）；
4. 高效间壁式传热和流动阻力计算（ 5. 蓄热式与间壁式热交换器的比较（
（七）热交换器的试验与研究
介绍传热系数的测定方法、 阻力特性实验的测定方法； 讲授增强传热的基本途径、 热交
换器的结垢类型与腐蚀方法、热交换器的优化设计与性能评价方法。
三、课程教学基本要求
（一） 绪论
了解研究热交换器的重要性， 热交换器设计计算的内容； 掌握热交换器的分类及主要热 交换器类型。
重点是热交换器的分类及主要热交换器类型。 （二）热交换器计算的基本原理 掌握传热方程式、 热平衡方程式的应用， 流体比热或传热系数变化时的平均温差的计算 方法，传热有效度的定义， 顺流和逆流时的传热有效度计算， 热交换器流体流动方式的选择； 了解流体的温度分布，顺流和逆流情况下的平均温差，其他流动方式时的传热有效度。 重点是传热方程式、 热平衡方程式的应用， 流体比热或传热系数变化时的平均温差的计 算方法， 传热有效度的定义， 顺流和逆流时的传热有效度计算， 热交换器流体流动方式的选 择。 （三）管壳式热交换器 掌握管子在管板上的固定与排列的注意点和原则，管程流通截面积的计算，壳体直径 的确定，壳程流通截面积的计算，进出口连接管直径的计算，传热系数的确定方法，管内 外换热系数的计算方法，定性温度的取法，定型尺寸的取法，放热侧壁的计算方法，管程 阻力计算方法，壳程阻力计算方法，流体在热交换器内流动空间的选择，流体温度和终温 的确定，管子直径的选择，流体流动速度的选择，管壳式热交换器的设计程序；了解管壳 式热交换器的类型、标准，管壳式结构的设计，管壳式热交换器的热补偿问题，管壳式热 交换器的振动与噪声，管壳式冷凝器的工作特点，管壳式蒸发器的工作特点，高温高压管 壳式热交换器，工业炉用高温热交换器，低温热交换器的工作特点。 重点是管壳式换热器的结构计算、传热计算和流体阻力计算。 （四）高效间壁式热交换器 掌握螺旋板式热交换器的设计计算， 板式热交换器流程组合及传热、 压降计算， 板式热 交换器的热力计算程序设计， 板翅式热交换器的设计计算， 板翅式热交换器单元尺寸的确定 和设计步骤， 翅片管热交换器的传热计算与阻力计算， 空冷器的设计， 热管热交换器的传热 计算公式，热管热交换器的流动阻力计算公式，热管热交换器的热管工作安全性校验方法， 热管热交换器的热力设计步骤， 蒸发冷却 （冷凝） 器中的温度分布、 对流换热系数和传质分 系数确定， 蒸发冷却器传热面积的计算； 了解螺旋板式热交换器基本构造和工作原理， 板式 热交换器构造和工作原理， 板翅式热交换器构造和工作原理， 翅片管热交换器构造和工作原 理，翅片管的类型和选择，热管的组成与工作特性，蒸发冷却（冷凝）器的结构。 重点是板式换热器、板翅式换热器的换热计算。
（五）混合式热交换器
掌握冷水塔的热力计算，冷水塔的通风阻力计算，冷水塔的设计计算，汽
- 水喷射式热
交换器的相关计算，水 -水喷射式热交换器的相关计算；了解混合式热交换器的分类，冷水
塔的类型和构造，冷水塔的工作原理，喷射式热交换器的分类，汽
-水喷射式热交换器的分
类，水 -水喷射式热交换器的构造与工作原理，混合式冷凝器的作用，混合式冷凝器的分类。