第一章+热交换器热计算的基本原理
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。
热交换器计算及设计
针对现成的热交换器，目的在于确定流体的出 口温度，并了解该换热器在各种工况下的性能 变化，判断能否完成非设计工况下的换热任务
热交换器热力计算核心参数
传热面积 ＆传热量
热流体出 冷流体入 口温度 口温度
热流体入 口温度
冷流体出 口温度
热力计算的核心在于寻找上面五个物理量之间的关系
换热器设计基本关系式
制糖造纸工业中的蒸发器等等 化工、航天、机械制造、食品、医药行业中。。
凝汽式燃煤电厂生产过程
凝汽部分换热过程
低压加热器
除氧器换热过程
高压加热器
省煤器
过热器
空预器
对换热器的基本要求
满足工艺要求，热交换强度高，热损失小 工艺结构在工作温度压力下不易遭到破坏，
制造简单，维修方便，运行可靠 设备紧凑（对于航天、余热利用、大型设
按照传送热量的方法：间壁式、混合 式、蓄热式（回热式）、流体耦合间 接式等
按照流动方向的分类
a. 顺流 b. 逆流 c. 交叉流（错流） d. 总趋势为逆流的四次
错流 e. 总趋势为顺流的四次
错流 f. 混流式：先顺后逆平
行流 g. 混流式：先逆后顺的
串联混和流
按照热量传输方式划分
间壁式换热器 冷流体和热流体之
该类型热交换器的管子常用直管（蛇管）或螺旋弯管（盘 管）组成传热面，将管子沉浸在液体的容器或池内
多用于液体预热器、蒸发器或气体冷却、冷凝 管外液体中的传热以自然对流方式进行，传热系数低，体
积大，但是结构简单、制造、修理、清洗方便。
沉浸蛇管换热
管式热交换器类型
－喷淋式热交换器
该类型热交换器将冷却水 直接喷淋到管子外表面使 管内的热流体冷却或冷凝
热交换器工作原理
热交换器工作原理
热交换器是一种用于在流体之间传递热量的设备，它广泛应用于工业生产和日
常生活中。
热交换器的工作原理主要包括传热过程和流体流动过程。
首先，让我们来看一下热交换器的传热过程。
热交换器通过传导、对流和辐射
等方式来传递热量。
当两种不同温度的流体经过热交换器时，它们之间会发生热量的交换。
在热交换器内部，通常会设置有许多传热面积较大的传热管或传热片，以增加传热效果。
而流体流经这些传热管或传热片时，热量会通过壁面传递给另一侧的流体，从而实现热量的传递。
其次，让我们来了解一下热交换器的流体流动过程。
热交换器内部的流体流动
通常分为并流和逆流两种方式。
在并流方式下，两种流体分别从两端进入热交换器，在整个传热过程中，它们的流动方向是相同的。
而在逆流方式下，两种流体分别从两端进入热交换器，但它们的流动方向是相反的。
这两种流动方式都有各自的优缺点，可以根据具体的使用情况来选择合适的方式。
此外，热交换器还需要考虑流体的流动阻力和传热效率。
流体在热交换器内部
流动时，会产生一定的流动阻力，这会影响流体的流速和流动状态。
为了减小流动阻力，热交换器通常会采取一些措施，比如优化流道结构、增加传热面积等。
而传热效率则取决于热交换器的设计和制造工艺，包括传热面积、传热介质的选择、流体流动方式等因素。
总的来说，热交换器的工作原理涉及到传热过程和流体流动过程，通过合理设
计和优化结构，可以实现高效的热量传递。
在实际应用中，我们需要根据具体的使用需求来选择合适的热交换器类型和工作参数，以达到最佳的传热效果。
换热器及换热原理
图示
持热管简介
必要性及设计原理
• 正确的热处理要求牛乳在杀菌温度下保持一定 的时间，这可以通过外设保持管来实现。 • 若已知流量和保持管的内管径，就可以计算出 符合保持时间的合适的管长。
设计原理
• 由于保持管里流速分布不均匀，某些牛乳 粒子的流速要比平均值大。为了确保流速 最快的粒子也能充分地巴氏杀菌，必须采 用一效率系数来校正。这个系数取决于保 持管的设计，通常取0.8～0.9 之间。
工作示意图
补充
焊接式的板式换热器
• • • • 多用于水汽换热，具有很高的集成度 高换热系数，体积小，薄型材料 不用密封圈，铜\镍或钎焊接不锈钢成紧凑直 角型的包状 易于安装，高换热效率，低成本 抗腐蚀性强，抗震，耐高温，高压
图示
总结
板式热交换器是一种新型、高效的节能热 交换设备，它具有换热效率高，结构紧凑， 重量轻，适应性强，热损失少，可拆卸， 可清洗，装拆和维修方便等特点，主要应 用于液液、液汽热交换，特别适用于各种 工艺过程中的加热、冷却、热回收、冷凝 及食品消毒等方面.
公式解释
• • • • • p = 产品的密度 Cp = 产品的比热 △ t = 产品的温度变化 △ tm = 对数平均温差(LMTD) K = 总传热系数
单项分析
• 流量V，是由乳品厂的设计能力决定的。 • 产品密度p 由产品决定。比热cp也由产品 决定，比热值告诉我们将某种物质温度升 高1℃，需提供多少热量。
基础概念
层流：当流体以较小的流速流经管道时，流体成 平稳状态通过全管，流体的质点作平行运动，与 旁侧的流体并无宏观的混合，此流动形态称之为 层流。 湍流：当流体以较高流速流经管道时，流体成波 动状态，并形成旋涡向四周散开，与旁侧的流体 相混强，使流 体以对流方式传热，因而随着湍动程度的增 强传热的效果会更好，而层流使流体主要以 传导的方式进行传热。显而易见湍流状态下 的传热效果要比层流状态下的传热效果好。
热交换器的工作原理
热交换器的工作原理
热交换器是一种用于热量传递的设备，其工作原理是利用流体在不同温度下的传热性质实现热量的传递。
具体而言，热交换器主要由两个独立的流体通道组成，分别为热源流体通道和冷却介质流体通道。
热交换器的工作过程如下：首先，热源流体进入热交换器的热源侧通道，在此通道中流动。
冷却介质流体同时进入热交换器的冷却介质侧通道，同样在此通道中流动。
在流动的过程中，热源流体和冷却介质流体通过热交换器的壁面进行热量的传递。
具体传热的过程如下：首先，热源流体在热源侧通道中流动，在流经热交换器前，其温度较高。
当热源流体通过热交换器的壁面时，其热量会传递给冷却介质流体。
冷却介质流体在冷却介质侧通道中流动，其温度较低。
在经过热交换器的壁面后，冷却介质流体会吸收热源流体传递过来的热量，并且其温度逐渐升高。
这样，热交换器实现了热源流体和冷却介质流体之间的热量传递，使得热源流体的温度降低，而冷却介质流体的温度升高。
通过这种方式，热交换器能够实现能源的回收利用，提高热能利用效率。
总之，热交换器的工作原理是利用流体在不同温度下的传热性质，通过热源流体和冷却介质流体在热交换器中的流动，实现热量的传递和能源的回收利用。
冷却塔逆流闭式热交换器热力计算
冷却塔逆流闭式热交换器热力计算冷却塔逆流闭式热交换器是一种常用的设备，用于在不同介质之间进行热量传递。
本文将介绍如何进行冷却塔逆流闭式热交换器的热力计算。
1. 热力计算的基本原理在冷却塔逆流闭式热交换器中，热量的传递是通过传热面积、传热系数和温度差来实现的。
传热面积是指两种介质接触的面积，传热系数是介质之间传热的效率，温度差是指介质之间的温度差异。
2. 热力计算的步骤进行冷却塔逆流闭式热交换器的热力计算，需要以下步骤：步骤1：计算传热面积传热面积可以通过以下公式计算：\[A = \frac{Q}{U \cdot \Delta T_{lm}}\]其中，A为传热面积，Q为传热量，U为传热系数，\(\Delta T_{lm}\)为对数平均温差。
步骤2：确定传热系数传热系数是介质之间传热效率的一个参数，可以通过实验或者参考相关文献来确定。
步骤3：计算对数平均温差对数平均温差可以通过以下公式计算：\[\Delta T_{lm} = \frac{\Delta T_1 - \Delta T_2}{\ln(\frac{\Delta T_1}{\Delta T_2})}\]其中，\(\Delta T_1\)和\(\Delta T_2\)分别为两种介质的温度差。
步骤4：计算传热量传热量可以通过以下公式计算：\[Q = U \cdot A \cdot \Delta T_{lm}\]其中，Q为传热量。
3. 示例举个例子来说明热力计算的过程。
假设冷却塔逆流闭式热交换器的传热系数为10 W/ (m2·°C)，传热面积为50 m2，两种介质的温度差为20°C。
首先，我们可以通过步骤1计算出对数平均温差：\[\Delta T_{lm} = \frac{20 - 0}{\ln(\frac{20}{0})} =\frac{20}{\ln(\infty)} = 20\]然后，根据步骤4计算传热量：\[Q = 10 \cdot 50 \cdot 20 = \]所以，该冷却塔逆流闭式热交换器的传热量为 W。
换热器原理与设计课后题答案史美中国
换热器原理与设计课后题答案史美中国热交换器原理与设计热交换器: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。
(2013-2014学年第二学期考题[名词解释])热交换器的分类:按照热流体与冷流体的流动方向分为:顺流式、逆流式、错流式、混流式按照传热量的方法来分间壁式、混合式、蓄热式。
(2013-2014学年第二学期考题[填空])1热交换器计算的基本原理(计算题)热容量(W=Mc):表示流体的温度每改变1C时所需的热量温度效率(P):冷流体的实际吸热量与最大可能的吸热量的比率(2013-2014学年第二学期考题[名词解释])传热有效度(e):实际传热量Q与最大可能传热量Q之比2管壳式热交换器管程:流体从管内空间流过的流径。
壳程:流体从管外空间流过的流径。
<1-2>型换热器:壳程数为1，管程数为2卧式和立式管壳式换热器型号表示法(P43)(2013-2014学年第二学期考题[名词解释])记:前端管箱型式:A-平盖管箱B一--封头管箱壳体型式:一一单程壳体F一一具有纵向隔板的双程壳体H一双分流后盖结构型式:P一一填料函式浮头S一一钩圈式浮头U一一U形管束一-管子在管板上的固定:胀管法和焊接法管子在管板上的排列:等边三角形排列(或称正六边形排列)法、同心圆排列法、正方形排列法，其中等边三角形排列方式是最合理的排列方式。
(2013-2014学年第二学期考题[填空])管壳式热交换器的基本构造: (1)管板(2)分程隔板(3)纵向隔板、折流板、支持板(4)挡板和旁路挡板(5)防冲板产生流动阻力的原因:①流体具有黏性，流动时存在着摩擦，是产生流动阻力的根源;②固定的管壁或其他形状的固体壁面，促使流动的流体内部发生相对运动，为流动阻力的产生提供了条件。
热交换器中的流动阻力:摩擦阻力和局部阻力管壳式热交换器的管程阻力:沿程阻力、回弯阻力、进出口连接管阻力管程、壳程内流体的选择的基本原则: (P74)管程流过的流体:容积流量小，不清洁、易结垢，压力高，有腐蚀性，高温流体或在低温装置中的低温流体。
热交换的计算
热效率
01
表示热交换设备的有效能量转换比例，即设备输出的有用能量
与输入的总能量之比。
热效率的数值范围
02
通常在0到1之间，表示设备能量转换效率的高低。
影响因素
03
设备的设计、制造质量、运行工况以及操作条件等都会影响热
效率。
热效率的计算公式
公式
热效率 = （有效能量/总能量）× 100%
应用场景
用于评估热交换设备的性能，指导设备选型、优化和节能改造。
热交换器的设计原则
高效换热
选择合适的换热器类型和材料，优化换热面 积和流道设计，提高换热效率。
经济合理
在满足换热要求的前提下，尽量降低制造成 本和维护成本。
稳定可靠
保证换热器的稳定性和可靠性，确保长期运 行无故障。
环保节能
采用环保材料和节能技术，减少能源消耗和 排放。
热交换器的优化设计
数值模拟
利用数值模拟软件对换热器进行模拟 分析，优化流道和换热元件的设计。
实验研究
通过实验研究验证换热器的性能，并 根据实验结果对设计进行优化。
强化传热
采用强化传热技术，如振动、超声波 、电场等，提高换热效率。
多目标优化
综合考虑多个目标函数，如换热效率 、成本、体积等，进行多目标优化设 计。
05
CATALOGUE
热交换的实验研究
实验目的
01
02
03
验证热交换理论
通过实验研究，验证热交 换理论的正确性和实用性 。
02
03
04
空调系统
通过冷热交换实现室内温度的 调节。
工业制程
在化工、制药、食品加工等领 域，利用热交换进行物料加热
热交换器传热计算的基本方法
i1 i2
C1 C2
分别为热流体与冷流体的焓，J/Kg 分别为两种流体的定压质量比热，J/(Kg·℃)
Q M1c1 t1 t1t1 M1c1 t1 t2t1 M1c1t1 W1t1
Q
Q
M 2c2
M
t2
1
t
t21
C1dt1 M 2 C2dt2
M 2c2t2t2 W2t2
热交换器传热计算的基本方法
热交换器热计算的基本原理
1.1 热计算基本方程 1.2平均温差法 1.3 效率—传热单元数法（传热有效度） 1.4热交换器热计算方法的比较 1.5流体流动方式的选择
1.1 热计算基本方程式
进口温度t1
热流体1
流量 M1 比热容 c1
冷流体2
热交换器的换热面积F
进口温度 t 2 流量 M 2
（2）传热系数是常数；
t1
（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。
要想计算沿整个换热面的平均温差，
t2
首先需要知道当地温差随换热面积的
变化,然后再沿整个换热面积进行平均。
t1 dt1 t1 t2 dt2 t2
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：
讨论：
1 考虑热损失的情况下：Q1 Q2 QL 或 Q1L Q2
L 以放热热量为准的对外热损失系数，通常为0.97-0.98
2
由式③可以知道 W1 W2
t 2 t1
冷流体的加热度 热流体的冷却度
可见 ：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
3 由 W1t1= W2t2 =Q，还可以知道，在热交换器内，热容量
第一章+热交换器热计算的基本原理
t t tm t ln t
对数平均温差 （LMTD） 如果，
tmax 2 tmin
tmax tmin tlm tmax ln tmin
可用算术平均温差代替对数平均温差，误差在+4％以内。 算术平均温差
1 tm tmax tmin 2
• • •
顺流和逆流的比较
• 在同样的传热单元数时，逆流的ε总是大于顺流，且随NTU的 增大而增大；顺流，ε随NTU增大而趋于定值，ε达到一定值 后，NTU的增大对ε没有贡献。 • 在流体进、出口温度相同的条件下，逆流的平均温差最大，顺 流则最小，其他的流动方式介于顺流和逆流之间。逆流时所需 传热面最小或传热量最多。 • 逆流时，冷流体的出口温度t2″可高于热流体的出口温度t1″， 而顺流时，t2″总是低于t1″。所以，逆流时可以有较大的温度 变化δt，可使流体消耗减小。但是片面追求高的温度变化会使 得换热器两端的温差降低，平均温差降低，换热面积增加。 • 从热工角度看，逆流比顺流有利，但流体的最高温度发生在换 热器一端，一端壁温高。而且，逆流时传热面在整个长度方向 上温度差别大，壁面温度不均匀。
其中
KFx
t t e KF
+ 顺流 - 逆流
1 1 W1 W2
W1 W2
沿 热 流 体 方 向
顺流： W1 W2 逆流： W1 W2
W1 W2
0
两流体间温差总是不断减小 两流体间温差不断减小 两流体间温差不断增大
0 0
顺流和逆流的平均温差：
Qi 故，总传热面： F i 1 K i ti
n
tm int
Q F K tm
Q n Qi t i 1 i
热交换器原理与设计
t1 t1 (t1 t2 )
①
根据热平衡式得： W1(t1 t1) W2 (t2 t2 )
于是
t2
t2
W1 W2
(t1
t1)
②
式①， ②相加整理：
1 t1 t2 (1 W1 )
t1 t2
W2
③
1.3.3 其他流动方式时的
1）<1-2>型换热器
该型换热器的可直接按式（1.18）作进一步分析求解。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
t1
t1
expma expma
L L
expmb expmb
L L
t1
t1
t2
t2
;
式（1.18）
S为每一流程单位长度上的传热面积，
ma
L＝
KF 2W1
1
1
W1 W2
2
mb L＝
KF 2W1
1－
1
W1 W2
2
为推导方便，假定热流体为小热容量流体
1.4 换热器热计算方法的比较
设计性热计算和校核性热计算的基本方程都是:
1.2.3、复杂布置时换热器平均温差的计算
壳管式换热器及交叉流式换热器的平均温差一般 采用以下公式来计算：
tm tlmc
式1－13
tlmc 按逆流情况下的对数平 均温差
修正系数
1前.2述.4推流导体过比程热中，或皆传假热定系比数热变c为化常时数的，平此时均流温体差温
度变化与吸收（或放出）的热量成正比即是线性关 系；
1.1 热计算基本方程式
设计性热计算
目的在于确定换热器的F
校和性热计算
针对现成的换热器，其目的在于确定流体的出口温度。 两种热计算采用的基本关系式一致
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。
第一章换热器热计算的基本原理
可将P、R归纳为：
P
=
无混合流体的温度变化值 两流体进口温度差值
；R＝ 无混混合合流流体体的的温温度度变变化化值值
工程上为计算方便，将ψ值绘成线图，如图1.8 ~ 1.14所示 ψ ≤ 1，从其值可以看出某种流动形式在给定工况下接近逆流的 程度，ψ一般应 > 0.9
1－2、1－4等多流程管壳式换热器的修正系数
其中Mc称为热容量，它代表流体每升高1度所需 热量用W表示，可得
Q = W1Δt1
= W2Δt2
⇒ W2 W1
=
t1′ − t1′′ t2′′ − t2′
=
Δt1 Δt2
以上为不考虑散热损失的情况，若考虑散热损失QL
热平衡方程式为：
Q1 = Q2 + QL或Q1ηL＝Q2 ηL − −以放热热量为准的对外热损失系数，0.97～0.98
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
dΦ
=
qm2c2dt 2
⇒
dt2
=
1 qm2c2
dΦ
不论顺流还是逆流，对数平均温差可
统一用以下计算式表示：
Δt m
=
Δtmax − Δtmin ln Δtmax
热交换器原理与设计 第 章 热交换器热计算的基本原理
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
F
Q0 ktdF
Q — 热负荷 k、Δt—微元面上的传热系
数和温差。
QKFtm
K — 总传热系数 Δtm—对数平均温差。
➢ 关于的注意事项
（1） 值取决于无量纲参数 P和 R
Pt2 t2 , t1 t2
Rt1 t1 t2 t2
式中：下标1、2分别表示冷热两种流体，上角标1撇表示 进口，2撇表示出口，图表中均以P为横坐标，R为参量。 （2）P的物理意义：
表示冷流体的实际温升与理论上所能达到的最大温升 之比，所以只能小于1。
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，核算他能否完成规定的新任务。
换热器热计算的基本方程式是传热方程式及热平衡式:
kAtm
(9-14)
q m 1 c 1 t 1 t 1 q m 2 c 2 t2 t2 (9-15)
1.4 换热器计算方法比较
1. 换热器热计算概述
kAtm (9-14)
第1章 热交换器热计算的基本原理
1.0 概述
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。
1.3 传热有效度
1.3.2 其他流动方式时的传热有效度
(1) <1-2>型换热器 (2) <2-4>型换热器 (3) 两种流体中仅有一种混合的错流式换热器 (4) 两种流体都不混合的错流式换热器
换热器工作原理
换热器工作原理引言概述：换热器是一种常见的热交换设备，广泛应用于工业生产和日常生活中。
它通过传导、对流和辐射等方式，实现热量的传递和平衡。
本文将详细介绍换热器的工作原理，包括热量传导、对流换热、辐射换热、换热器的类型和应用。
一、热量传导1.1 热传导的基本原理热传导是指热量通过物质内部的分子振动和碰撞传递的过程。
它遵循热量从高温区向低温区传递的规律，符合热力学第二定律。
热传导的速率与物质的导热性能有关，导热性能好的物质能够更快地传递热量。
1.2 热传导的影响因素热传导的速率受到多个因素的影响，包括物质的导热系数、温度差、物质的厚度和面积等。
导热系数是物质传导热量的能力，不同物质的导热系数差异很大。
温度差越大，热传导速率越快。
物质的厚度和面积越大，传导热量的能力越强。
1.3 热传导的应用热传导在换热器中起着重要作用。
通过合理设计换热器的传热面积和材料选择，可以提高热传导效率，实现热量的高效传递。
在工业生产中，热传导广泛应用于蒸汽发生器、冷凝器等热交换设备。
二、对流换热2.1 对流换热的基本原理对流换热是指热量通过流体的对流传递的过程。
在对流换热中，热量通过流体的传导和对流两种方式进行传递。
对流换热的速率与流体的流速、温度差、流体的物性等有关。
2.2 对流换热的影响因素对流换热的速率受到多个因素的影响，包括流体的流速、温度差、流体的物性、流体的流动方式等。
流速越大，对流换热速率越快。
温度差越大，热量传递越快。
流体的物性如导热系数、比热容等也会影响对流换热的效果。
2.3 对流换热的应用对流换热广泛应用于换热器中，例如散热器、冷却塔等。
通过合理设计换热器的流体通道和流速，可以提高对流换热效率，实现热量的快速传递。
在工业生产中，对流换热被广泛应用于空调系统、汽车发动机冷却系统等领域。
三、辐射换热3.1 辐射换热的基本原理辐射换热是指热量通过电磁辐射传递的过程。
所有物体都会发射电磁辐射，辐射的强度与物体的温度有关。
换热器热计算基础
• <1－2>型先逆后顺折流的平均温压 tm tm
=f(R,P)
Pt2 t2 , Rt'1t1
t1t2
t2 t2
• 对于其它流动型式， 可以看作是介于顺 流和逆流之间，其平均传热温差可以采
用下式计算
tm tm
式中 tm为冷、热流体进、出口温度相同情况下
逆流时的对数平均温差； 为小于1的修正系数，
mkA
d(t)mdQt'' t' mQ
t ' t '' Q t ' kA
ln t ''
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 d 1 t q m 2 c 2 d 2 t
t
t 1 t 2
dt 1
温压 • 3 )两流体均无横向混合时的平均温压12
2多次交叉流型(P18)
1一种流体为单程，另一种流体以串联形式 与前一种流体多次交叉，其总趋势为逆 流。
2一种流体为单程，另一种流体以串联形式 与前一种流体多次交叉，其总趋势为顺 流。
3对其它流型平均温压的讨论，P18
五、加权平均温压
加权平均温压，P31
在相同进、出口温度相同情况下，算术平均温 差的数值略大于对数平均温差，偏差小于4%
二、顺流平均温压
• 结果与逆流平均温压的形式相同
tm
tmax tmin ln tmax
02第二讲 热交换器热计算的基本原理
（2）校核性热计算 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。
热负荷（传热量）、流体进出口温度、传热系 数、传热面积。
两个基本关系式
（1）传热方程式
（2）热平衡方程式
2. 传热方程式
工程形式：Q KFtm 普遍形式： Q
传热学
KAtm
t x
t
Fx dt k dF 0 t
t x ln kFx t
- kFx t x t exp(kFx ) e
可见，当地温差随换热面呈指数变化，则沿整个换热面的平 均温差为：
1 t m F
F
0
1 t x dF F
F
0
t exp( kFx )dF
t max t min t m t max ln t min
t2 t t1
t2 t t1
t2 t t1 t1 t t1
tmax 代表 t 和 t 中之大者，t min 代表两者中
顺流和逆流时的传热有效度及传热单元数1顺流时的传热有效度11exp21wwkfte?tt??kf??????????11exp212?1?21wwkfttt??t???????222111????????ttwttwq由热平衡方程式a2?2121?1tt??wwtt?????b将b代入a式11exp212?1?22?2121?wwkfttt??tt??wwt???????11exp212?1?2?2122?1?2?22?1?2?1?wwkftttt??wwtttt??tttt???????????如果冷流体是热容量小的流体11exp12112wwkfww???????1212211exp1wwwwwkf??????如果热流体是热容量小的流体2121111exp1wwwwwkf??????比较发现顺流时的传热有效度可统一写成maxminmaxminminw11exp1wwwwkf??????传热单元数ntuwkf?min令numberoftransferunit传热单元数
换热器热量计算范文
换热器热量计算范文换热器（也称热交换器）是一种用于传递热量的设备，广泛应用于工业领域，例如电厂、石化厂、制药厂等。
在热量计算中，准确地估算换热器的换热量是非常重要的。
本文将探讨换热器热量计算的基本原理、常见类型以及计算方法。
换热器热量计算的基本原理是根据热传导的基本规律，即热量会从高温区域传递到低温区域。
通过控制流体在换热器内的流动，我们可以有效地将热量从热源传递给冷源。
换热器的热量传递主要依靠传感器和换热介质的流量、温度以及热传导系数等参数的测量。
换热器的类型可以分为两大类：直接换热和间接换热。
直接换热是指热量直接传递给流体，例如将蒸汽直接传递给水，实现水的加热。
间接换热则是通过换热介质传递热量，例如将燃气燃烧后产生的热量传递给水，实现热水的供应。
在实际的热量计算中，我们需要考虑很多因素，例如换热器的尺寸、材质、设计参数等。
其中，最重要的参数是热传导系数（U值）、传热面积（A值）和温差（ΔT值）。
热传导系数是指换热器材料传导热量的能力，它越大表示材料的导热性能越好。
传热面积是指换热器用于传递热量的表面积，它越大表示换热器能够处理的热量越大。
温差是指热源和冷源之间的温度差异，它越大表示换热能力越强。
根据这些参数，我们可以利用传热方程来计算换热器的热量。
传热方程的一般形式为Q=U*A*ΔT，其中Q表示换热器的热量，U表示热传导系数，A表示传热面积，ΔT表示温差。
实际的换热器热量计算需要考虑更多的因素，例如流体的物性参数、换热器的工作条件等。
在计算过程中，我们需要采集流体的温度、流量等实时数据，并根据热传导方程进行计算。
常见的方法包括传感器测量法、平均温度差法、传热系数法等。
传感器测量法是通过安装温度传感器和流量计等仪器，实时监测流体的温度和流量，从而计算换热器的热量。
这种方法精度较高，但对仪器的要求也较高。
平均温度差法是通过计算热源和冷源之间的平均温度差来估算换热器的热量。
这种方法简单易用，但精度相对较低。
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Q M C p dt
t
t
Qi 因为各段传热面：Fi K i ti
顺流和逆流的平均温差
温度分布服从关系
(5个假定)
t x t e
其中
KFx
t t e KF
+ 顺流 - 逆流
1 1 W1 W2
W1 W2
沿 热 流 体 方 向
顺流： W1 W2 逆流： W1 W2
W1 W2
0
两流体间温差总是不断减小 两流体间温差不断减小 两流体间温差不断增大
1.5 流体流动方式的选择
• 流体在换热器内的流动方式对整个设计的合理性有很大影 响，需注意以下几个问题： 1、在给定的温度条件下，保证获得最大的平均温差，以减 小F，降低材料的消耗。平均温差的大小主要取决于两流体 的温度条件，应尽可能从结构上采用逆流或接近逆流的流向 以得到较大的传热温差。 2、使流体本身的温度变化值尽可能大。流体的热量得到合 理利用减少流体消耗量，并可节省动力设备的投资。 3、尽可能使传热面的温度均匀，使其在较低温度下工作， 以便利用较便宜的材料制造换热器。 4、应有最好的传热工况，以便得到较高传热系数，从而减 小传热面。 以上各方面存在矛盾，应视具体情况而定。
f P,R
查图获得
t2 t2 冷流体的加热度 P t1 t2 两流体的进口温差
温度效率，恒小于1
冷流体热容量 热流体热容量
t1 t1 热流体的冷却度 R t2 t2 冷流体的加热度
其他流动方式时的平均温差
Ψ表征了某种流动方式在给定工况下接近逆流的程度。
• 传热方程式 确定传热面积 • 热平衡方程式 确定热负荷或流体流量
（1）传热方程式
Q k tdF
0
F
k和△t都是F的函数
平均法：
Q KF tm
热负荷 平均传 热系数 换热 面积 平均 温差
（2）热平衡方程式
无热损失,热流体放出的热量等于冷流体吸收的热量
1—热流体 2—冷流体 ′—进口状态 ″—出口状态
n
传热系数变化较大时，亦采用分段计算法，把每段的传热系数 作为常数处理，分段计算平均温差和传热量
Qi K i ti Fi
Q Qi
i 1
n
1.3 传热有效度
传热有效度—传热单元数法（ε—NTU法） • 热交换器的最大可能传热量Qmax： 指一个面积为无穷大且其流量和进 出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。 • 传热有效度ε：实际传热量与最大 可能传热量之比
Qi 故，总传热面： F i 1 K i ti
n
tm int
Q F K tm
Q n Qi t i 1 i
若每段传热量相同， 积分平均温差：
Q Qi n
tm int
Q n Qi t i 1 i
tm int
n 1 t i 1 i
第一章 热交换器的热计算
设计性热计算—平均温差法
目的在于确定换热器的F 校和性热计算—传热有效度法 针对现成的换热器，其目的在于确定流体的出口温度。 找到
换热量、流体流量、流体进出口温度、 换热面积、换热系数、传热系数 各变量之 间的关系
两种热计算采用的基本关系式一致
传热方程式和热平衡方程式
1. 热计算基本方程式
0 0
顺流和逆流的平均温差：
t t tm t ln t
对数平均温差 （LMTD） 如果，
tmax 2 tmin
tmax tmin tlm tmax ln tmin
可用算术平均温差代替对数平均温差，误差在+4％以内。 算术平均温差
W Mc p
W2 t1 t1 t1 W1 t2 t2 t2
Q W1 t1 W2 t2
温度变化与热容量成反比
有散热损失时
Q1 Q2 QL
热损失
Q1 L Q2
ηL—以放热量为准的对外散热损失系数，0.97～0.98
1.2 平均温差
温度交叉是指在热交换器中局部出现了热流体温度比冷流体温 度低的情况，在温度分布曲线上表现为冷热流体的温度曲线出 现了交叉。
概念及思考题
• 概念：传热方程式、热平衡方程式 、热容量、热 损失系数、对数平均温差、温度效率、混合流、 非混合流、传热单元数、传热有效度、温度交叉 • 思考题： 1.设计计算和校核计算有什么不同？
1 tm tmax tmin 2
其他流动方式时的平均温差
注意：混合流、非混合流、混流的概念
修正系数
以流体进出口温度按照逆流算出对数平均温差，然 后乘以一个修正系数 t1 t2 t1 t2 tlm,c tm tlm,c t1 t2 ln t1 t2
顺流和逆流的传热有效度
KF Wmin 1 exp 1 Wmin Wmax 顺流时： Wmin 1 Wmax
KF 定义：NTU= Wmin
顺流：
传热单元数
Wmin Rc = Wmax
无因次数
=
1 exp NTU 1 Rc 1 Rc
• • •
顺流和逆流的比较
• 在同样的传热单元数时，逆流的ε总是大于顺流，且随NTU的 增大而增大；顺流，ε随NTU增大而趋于定值，ε达到一定值 后，NTU的增大对ε没有贡献。 • 在流体进、出口温度相同的条件下，逆流的平均温差最大，顺 流则最小，其他的流动方式介于顺流和逆流之间。逆流时所需 传热面最小或传热量最多。 • 逆流时，冷流体的出口温度t2″可高于热流体的出口温度t1″， 而顺流时，t2″总是低于t1″。所以，逆流时可以有较大的温度 变化δt，可使流体消耗减小。但是片面追求高的温度变化会使 得换热器两端的温差降低，平均温差降低，换热面积增加。 • 从热工角度看，逆流比顺流有利，但流体的最高温度发生在换 热器一端，一端壁温高。而且，逆流时传热面在整个长度方向 上温度差别大，壁面温度不均匀。
• 流体的温度分布
一般情况下，两种流体之间的温差在热交换器中处处不等， 所以，要采用平均温差来计算。
• 算术平均、对数平均、积分平均
顺流和逆流的平均温差
5个假定： 两种流体的质量流量和比热在整个传热面 上保持定值； 传热系数在整个传热面上不变； 热交换器没有热损失； 沿管子的轴向导热可以忽略； 同一种流体从进口到出口的流动过程中， 不能既有相变又有单相对流换热。
0.9
当R超过图表所示范围或者修正参数值不易读准确时：
t1 t1 PR P t2 t1
t2 t2 1 R t1 t1 R
1 f ( P, R) f ( P, R) f ( PR, ) R
流体比热或传热系数变化时的平均温差
1 Rc exp NTU 1 Rc 1 exp NTU 1 Rc
= NTU,Rc
查图
逆流：
其他流动方式
1.4 换热器热计算方法的比较
设计性热计算和校核性热计算的基本方程都是 : 传热方程式：Q KFt m KFf t1 , t1, t 2 , t 2 热平衡方程式：Q W1 t1 t1 W2 t 2 t 2 从上述方程中，可知在热计算时共有七个基本量，即 KF、W1、W2、t1、t1、t 2、t 2，必须已知其中5个值，才能进行 热计算。 在计算时，采用平均温差法或传热单元数法都可得到相同结果， 但解题时的具体步骤有所不同。
Qmax Wmin t1 t2
Q Qmax
t1 t1 如果W1=Wmin时， t1 t2
t2 t2 如果W2=Wmin时， t1 t2
t1 t2
tmax
实际换热量：
Q Wmin公式是在什么假定条件 下得到的？ 3．“逆流热交换器和顺流热交换器在设计时均可以通过增加 传热单元数来提高传热有效度”，这一观点正确吗？为什 么？ 4．什么是“温度交叉”问题？（1-2）型热交换器中采用什么 样的流动方式可能会出现这一问题？怎样避免？
混流和错流时应注意的问题
• 管内偶数程的简单混流，相同进出口温度下，平均 温差相同，与顺流和逆流顺序无关；管内奇数程的 简单混流，增加其中的逆流程数可以提高平均温差。 • <1-2n>型热交换器的ψ值比<1-2>型有所减小，但 相差很小，可用同一线算图。 • 采用先逆后顺的热交换器时，要特别注意温度交叉 现象！避免温度交叉的方法：增加管外程数或改为 两台单壳程换热器串联，如两台<1-2>型，改为<24>型。 • 采用多次混流，可以显著提高平均温差的数值，同 时也提高了流速，增加了传热系数，而结构却复杂 了，制造困难和流阻都增加。
Q M 1 i1 i1 M 2 i2 i2
质量流量 无相变时： 流体的焓值
t1 t2
流体有无 相变皆可
Q M 1 C p1dt1 M 2 C p 2 dt2
t1 t2
平均定压比热 定义热容量为
Q M 1c p1 (t1-t1) M 2 c p 2 (t2 - t2 )