换热器壁温计算
热管换热器计算
热管换热器计算(2009-02-20 22:50:45)转载标签：热管换热器计算德天热管亚洲热管网热管换热器计算可用热平衡方程式进行计算，对于常温下使用的通风系统中的热管换热器的换热后温度，回收的冷热量也可用下列公式计算，由于公式采用的是显热计算，但实际热回收过程也发生潜热回收，因此计算值较实测值偏小，其发生的潜热回收可作为余量或保险系数考虑。
本文选自【亚洲热管网】热管换热器的计算：1. 热管换热器的效率定义η=t1-t2/t1- t3 (1-1)式t1、t2——新风的进、出口温度（℃）t3——排风的入口温度（℃）2.热管换热器的设计计算一般已知热管换热器的新风和排风的入口温度t1和t3，取新风量L x 与排风量L P相等。
即L x = L P，新风和排风的出口温度按下列公式计算：t2=t1－η(t1－t3) (1-2)t4=t3＋η(t1－t3) (1-3)t4——排风出口温度（℃）回收的热量Q (kW), 负值时为冷量：Q(kW)= L xρX C x（t2-t1）/3600 (1-4)式中L x——新风量（m3/h ）ρx——新风的密度（kg/m3）（一般取1.2 kg/m3）C x——新风的比热容，一般可取1.01kJ/ (kg ·℃)。
3.选用热管换热器时，应注意：1）换热器既可以垂直也可以水平安装，可以几个并联，也可以几个串联；当水平安装时，低温侧上倾5℃~7℃。
2）表面风速宜采用1.5 m/s~3.5m/s。
3）当出风温度低于露点温度或热气流的含湿量较大时，应设计冷凝水排除装置。
4）冷却端为湿工况时，加热端的效率η值应增加，即回收的热量增加。
但仍可按上述公式计算（增加的热量作为安全因素）。
需要确定冷却端（热气流）的终参数时，可按下式确定处理后的焓值，并按处理后的相对湿度为90%左右考虑。
h2=h1－ 36Q/ L×ρ (1-5)式中h1, h2——热气流处理前、后的焓值（kJ/kg）;Q ——按冷气流计算出的回收热量（W）;L ——热气流的风量（m3/h ）；ρ——热气流的密度（kg/m3）。
换热器平均金属壁温-概述说明以及解释
换热器平均金属壁温-概述说明以及解释1.引言1.1 概述换热器是一种用于传递热量的设备，广泛应用于工业生产中的热能转换过程中。
在换热器中，金属壁面的温度是影响换热效果的重要因素之一。
因此，研究换热器金属壁温的分布规律对于提高换热效率具有重要意义。
本文旨在探讨换热器金属壁温的分布规律，重点介绍计算平均金属壁温的方法。
通过对金属壁温的影响因素进行分析，可以更好地了解换热器的工作原理和性能特点，为实际工程应用提供参考依据。
文章将从换热器的作用、金属壁温的影响因素和计算平均金属壁温的方法等方面展开讨论，旨在帮助读者深入了解换热器金属壁温的重要性及其对换热效果的影响，为相关领域的研究和工程实践提供指导和参考。
1.2 文章结构本文将首先介绍换热器的作用，包括其在工业生产中的重要性和应用领域。
接着将探讨影响金属壁温的因素，如流体性质、热流量、壁材料等。
最后，将详细介绍计算换热器平均金属壁温的方法，包括理论分析和实验测试等方面。
通过全面的论述，旨在帮助读者更好地理解换热器中平均金属壁温的重要性和计算方法，为相关工程实践提供参考依据。
1.3 目的本文的目的旨在探讨换热器的平均金属壁温，通过分析换热器工作原理和金属壁温的影响因素，深入了解如何计算换热器的平均金属壁温，并讨论其在工程实践中的应用。
通过本文的研究，可以帮助工程师和设计者更好地理解换热器的热传导特性，提高换热器的效率和性能，为工程实践提供有益的参考和指导。
同时，本文还有助于促进换热器领域的研究与发展，推动换热器技术的不断创新和进步。
2.正文2.1 换热器的作用换热器是一种用于传热的设备，其主要作用是将热能从一个流体传递到另一个流体。
在工业生产中，换热器被广泛应用于加热、冷却和蒸发等过程中。
换热器可以根据传热方式的不同分为接触式和间接式两种类型。
在接触式换热器中，传热介质之间直接接触传热，例如冷凝器和蒸发器。
这种换热器的优点是传热效率高，但也存在传热介质混合和腐蚀的问题。
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℃。
换热器、热网加热器计算示例
管壳式换热器选型计算书编写：张景富西安协力动力科技有限公司二零一零年九月十三日一、换热器的工艺计算及工艺条件现在从一台管壳式换热器工艺计算过程来体现工艺条件内容： 1.设计参数 壳程：工作介质：蒸汽、水 Ps=0.2Mpa 蒸汽流量135m 3/h 进口温度：135℃ 出口温度：90℃ 管程：工作介质：含碱水 Pt=0.3Mpa 水流量300m 3/h 进口温度：80℃ 出口温度：110℃ 液体比重：1.25 比热：0.85～0.86 2.工艺计算冷源：q=300m 3 比重:γ=1.25g/cm 3 比热c=0.86J/kg ·℃ T1=135℃ T2=135℃ t1=80℃ t2=110℃ 取a c =2000kcal/㎡·h ·℃ a h =10000kcal/㎡·h ·℃ 换热管规格：φ19×1 其内径d1=0.017m 外径d2=0.019m 中径dm=0.018m 壁厚δ=0.001m金属导热系数λ=17.0 w/m ·h ·℃=17.0/1.16222=14.6 kcal/㎡·h ·℃ （1）传热系数K取传热系数K=1400kcal/㎡·h ·℃ (2)平均温差Δt m （按逆流状态计算）(3)传热面积FC 4.1680-90110-135ln 80)-90(110)-135(1221ln )12()21(lnt 2121︒=-=-----=∆∆∆-∆=∆t T t T t T t T t t t t m 2m 42116.4140080)-(11086.01250300tm K t1)-(t2c q F =⨯⨯⨯⨯=∆⨯⨯⨯⨯=γC h m kcal d dm d dm K h c ︒=+⨯+⨯=++=2/7.14436.14001.010000019.0018.02000017.0018.012111λδαα（4）管子根数n （管长L=6m ）（5）程数N 单程流速管壳换热器中换热管内水的流速为0.7～1.5m/s N=1.5/0.313=4.79，可以选择Ⅳ程标准DN1000 Ⅳ程换热器，φ19×1的管子，n=1186根，L=6000mm 传热面积F=425㎡推荐设备材质：管程316L 壳程16MnR （6）换热器壁温的计算a.壳程的壁温：由于有保温，可以取蒸汽的平均温度 Tm=1/2（135+90）=112.5℃b.换热管的壁温估算：热流侧Tm=112.5℃ 冷流侧tm=1/2（80+110）=95℃ 换热管的壁温：（7）换热器接管的计算 （a ）壳程蒸汽进口 蒸汽流速一般取15～20m/s进蒸汽截面A=135/(15×3600)=2.5×10-3㎡ 接管内径进汽管取φ76×4（DN65） （b ）管程进出管管程流动的是含微量碱的水溶液，当P ≤0.6Mpa 时，其流速为1.5～2.5m/s11736019.04212F n =⨯⨯=⨯⨯=ππL d sm nd /313.01173017.04300/36004q221=⨯⨯=⨯⨯=ππωCa a t t c c m t ︒=+⨯+⨯=++=6.10920001000020009510000112.5a a T n n m mAd 564.0105.2443=⨯⨯==-ππ进出管流通截面A=300/(2.5×3600)=0.0333㎡ 接管内径取φ219×6（DN200） 3.提条件设计参数表及管口表设计数据注：管程材质为不锈钢316L ，管板材质为16MnR/316L ，φ1130，b=52。
换热器壁温计算
换热器壁温计算
1.工艺参数：
热流体进口温度Ti（0C）
120 热流体出口温度To（0C）
冷流体进口温度ti（0C）
31 冷流体出口温度to（0C）
热流体侧污垢热阻rdh（m2。0C/W）
0.00172 冷流体侧污垢热阻rdc（m2。0C/W）
热流体侧给热系数α h(W/m2。0C)
309.358 热流体侧给热系数α c(W/m2。0C)
总传热系数K(W/m2。0C)
146.6776 热强度q(W/m2)
2.计算结果：
换热器大温差端的流体温差△t1（0C）
89 换热器小温差端的流体温差△t2（0C）
换热管管壁温度tt（0C）
53.42
壳壁温度ts（0C）
本表的计算适用于传热系数K值固定不变时△tM的计算
40 39 0.00172 2513.243 2875.62
1
35 41.09
流体有效平均温差△tM（0C）
19.61
热流体平均温度Tm（0C）ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
80 冷流体平均温度tm（0C）
热流体侧的壁温tth（0C）
65.76 冷流体侧的壁温ttc（0C）
一般情况下换热管管壁温度tt（0C）
53.42
管壁热阻小且管壁很薄温度tt（0C）
48.48
估算换热管管壁温度tt（0C）
39.93
3.结论：
换热器壁温计算(按GBT151-2014)
℃ Байду номын сангаас•K/w×
893
冷流体给热系数 w/㎡•℃
18.3
计算结果
169
冷流体平均温度 ℃
160.5465476 冷流体侧壁温 ℃
一般情况下换热管壁平均温度
侧壁温计算（参考GB/T151-2014）20160812编制
物料为气体 工艺参数
185
热流体进口温度 ℃
145
热流体出口温度 ℃
191.2 0.0002
194.2558828 热流体侧壁温 ℃
94.35422545 冷流体侧壁温 ℃
177.4
一般情况下换热管壁平均温度
90 80.88 0.0003
2486
81.125 81.82781442
88.091
热流体进口温度 ℃ 冷流体进口温度 ℃ 热流体污垢系数 ㎡•K/w× 10^4 传热系数 w/㎡•K 热流体给热系数 w/㎡•℃ 平均温差 ℃
热流体平均温度 ℃
热流体侧壁温 ℃
换热器管侧壁温计算（参考GB/
物料为液体 工艺参数
145
热流体出口温度 ℃
180 0.0002
350
冷流体出口温度
冷流体污垢系数 10^4
冷流体进口温度 ℃
热流体污垢系数 ㎡•K/w× 10^4
传热系数 w/㎡•K
81.37 0.0004
36
冷流体出口温度
冷流体污垢系数 10^4
℃ ㎡•K/w×
1024
热流体给热系数 w/㎡•℃
44
冷流体给热系数 w/㎡•℃
平均温差 ℃
27.8
计算结果
186.72
热流体平均温度 ℃
117.5
冷流体平均温度 ℃
盘管换热器相关计算
一、铜盘管换热器相关计算条件：600kg 水 6小时升温30℃ 单位时间换热器的放热量为q q=GC ΔT=600*4.2*10^3*30/(6*3600)= 3500w 盘管流速1m/s ，管径为0.007m ，0.01m ，物性参数：40℃饱和水参数。
黏度—653.3*10^-6运动黏度—0.659*10^-6 普朗特数—4.31 导热系数—63.5*10^2 w/(m.℃)求解过程：盘管平均水温40℃为定性温度时换热铜管的外径，分别取d1=0.014m d2=0.02m 努尔特准那么为0.4f 8.0f f Pr 023Re .0*2.1Nu =＝1.2*0.023*21244.310.84.310.4=143.4 〔d1〕 0.4f8.0ff Pr 023Re.0*2.1Nu =＝1.2*0.023*30349.010.84.310.4=190.7 〔d2〕管对流换热系数为l Nu h ff i λ⋅==143.4*0.635/0.014=6503.39 〔d1〕 lNu h ff i λ⋅==190.7*0.635/0.02=6055.63 〔d2〕 管外对流换热系数格拉晓夫数准那么为〔Δt=10〕23/υβtd g Gr ∆==9.8*3.86*10^-4*10*.0163/(0.659*10^-6)2=356781.6 〔d1〕 23/υβtd g Gr ∆==9.8*3.86*10^-4*10*.0223/(0.659*10^-6)2=927492.9〔d2〕其中g=9.8 N/kgβ为水的膨胀系数为386*10^-6 1/K自然对流换热均为层流换热〔层流围：Gr=10^4~5.76*10^8〕25.023w wPr t g l 525.0Nu ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⋅∆=να=0.525(356781.6*4.31)0.25=18.48755 〔d1〕25.023w wPr t g l 525.0Nu ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⋅∆=να=0.525(927492.9*4.31)0.25=23.47504 〔d2〕其中Pr 普朗特数为4.31 对流换热系数为dNu m λα==18.48755*0.635/0.014=838.5422 〔d1〕 dNu m λα==23.47504*0.635/0.014=677.5749 〔d2〕其中λ为0.635w/(m.℃) .传热系数Uλδ++=o i h 1h 1U 1=1/6503.39+1/838.5422+1/393=0.003891 U=257.0138 〔d1〕λδ++=o i h 1h 1U 1=1/6055.63+1/677.5749+1/393=0.004186 U=238.9191 〔d2〕h i －螺旋换热器外表传热系数 J/㎡·s ·℃ h o －螺旋换热器外外表传热系数 J/㎡·s ·℃ δ－螺旋换热器管壁厚 m δ=1mλ－管材的导热系数 J/m ·s ·℃λ=393W/m ℃k o －分别为管外垢层热阻的倒数〔当无垢层热阻时k o 为1〕 J/㎡·s ·℃自来水 k o =0.0002㎡℃/W换热器铜管长度 dq l απ70==3500/10/257.0138/3.14/0.014=27.1 〔d1〕A=1.53dq l απ70==3500/10/238.9191/3.14/0.022=21.2 〔d2〕A=1.65二、集热面积的相关计算〔间接系统〕条件：加热600kg 水，初始水温10℃，集热平面太阳辐照量17MJ/㎡以上，温升30℃，⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⋅⋅+⋅=hx hx CL R c IN AU A U F 1A A =9.5㎡式中IN A —间接系统集热器总面积，㎡L R U F —集热器总热损系数，W/〔㎡·℃〕对平板集热器，L R U F 宜取4～６W/〔㎡·℃〕 对真空管集热器，L R U F 宜取１～２W/〔㎡·℃〕取1hx U —环热器传热系数，W/〔㎡·℃〕 hx A —换热器换热面积，㎡c A —直接系统集热器总面积，㎡ )1(J f)t t (C Q A L cd T i end w w c ηη--=w Q —日均用水量，kgw C —水的定压比热容，kJ/〔kg ·℃〕 end t —出水箱水的设计温度，℃i t —水的初始温度，℃f —太阳保证率，%；根据系统的使用期的太阳辐照、系统经济以用户要求等因素综合考虑后确定，宜为30%～80%取1T J —当地集热采光面上的年平均日太阳辐照量kJ/㎡cd η—集热器的年平均集热效率；根均经历值宜为0.25～0.5取0.6L η—出水箱和管路的热损失率；根据经历取值宜为0.20～0.30取0.2结论：1） 换热器入口流速在1m/s 左右2） 保证换热器的平均温度在40℃左右 3） 换热器的入口压力不低于0.2 5MPa三、换热器计算1.传热面积TU Q A ∆=(2.1.1)A — 传热面积 ㎡ Q —传热量 J/sU —传热系数 J/㎡·s ·℃ ΔT －平均温度差 ℃2.平均温度差〔考虑逆流情况〕c1h2c2h1c1h2c2h1T T T T ln )T T ()T (T T -----=∆〔2.2.1〕 其中T c —冷流体温度 ℃ T h —热流体温度 ℃下标1为入口温度，下标2为出口温度 当c1h2c2h1T T T T --≤2时，可用算数平均值计算，即2)T T ()T (T c1h2c2h1-+-〔2.2.2〕3.传热系数U)A A (k 11)k 1h 1()A A (h 1U 1io i o o o i o i ++++=λδη〔2.3.1〕h i －螺旋换热器外表传热系数 J/㎡·s ·℃h o －螺旋换热器外外表传热系数 J/㎡·s ·℃ δ－螺旋换热器管壁厚 mλ－管材的导热系数 J/m ·s ·℃k i ,k o －分别为管外垢层热阻的倒数〔当无垢层热阻时k i ,k o 均为1〕 J/㎡·s ·℃ ηo －为肋面总效率〔如果外外表为肋化，那么ηo ＝1〕ioA A －为换热管的外外表积与外表积之比； 4.螺旋管外表传热系数lNu h ff i λ⋅=〔2.4.1〕 其中h i —管外表传热系数 J/㎡·h ·℃f Nu —努塞尔数f λ—流体导热系数 W/m ·K换热器设计流量为：4L/min ～14L/min ，管为湍流时实验关联式验证围：Re f ＝104～1.2×105,Pr f ＝0.1～120，l/d ≥60; 管径d 为特征长度。
管壳式换热器传热计算示例终 用于合并
Pa;
取导流板阻力系数:
;
导流板压降:
壳程结垢修正系数: 壳程压降:
Pa ;(表 3-12)
管程允许压降:[△P2]=35000 Pa;(见表 3-10) 壳程允许压降:[△P1]=35000 Pa;
△P2<[△P2] △P1<[△P1] 即压降符合要求。
Ｐa;
(2)结构设计(以下数据根据 BG150-2011)
m2; 选用φ25×2、5 无缝钢管作换热管; 管子外径 d0=0、025 m; 管子内径 di=0、025-2×0、0025=0、02 m; 管子长度取为 l=3 m; 管子总数:
管程流通截面积:
取 720 根 m2
管程流速: 管程雷诺数: 管程传热系数:(式 3-33c)
m/s 湍流
6)结构初步设计: 布管方式见图所示: 管间距 s=0、032m(按 GB151,取 1、25d0); 管束中心排管的管数按 4、3、1、1 所给的公式确定:
结构设计的任务就是根据热力计算所决定的初步结构数据,进一步设计全部结构尺寸, 选定材料并进行强度校核。最后绘成图纸,现简要综述如下:
1) 换热器流程设计 采用壳方单程,管方两程的 1-4 型换热器。由于换热器尺寸不太大,可以用一台,未考虑 采用多台组合使用,管程分程隔板采取上图中的丁字型结构,其主要优点就是布管紧密。 2)管子与传热面积 采用 25×2、5 的无缝钢管,材质 20 号钢,长 3m,管长与管径都就是换热器的标准管子 尺寸。 管子总数为 352 根,其传热面积为:
3)传热量与水热流量
取定换热器热效率为η=0、98; 设计传热量:
过冷却水流量:
; 4)有效平均温差 逆流平均温差:
根据式(3-20)计算参数 p、R: 参数 P:
间壁式换热器及其热工计算方法
do di
1
doho
(2-7-3)
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2020/6/11
2.7.1 间壁式换热器的
热工计算
热质交换过程与设备. 第二章
单位管长内外表面积分别为和。此时传热系数具有如下形
式： 对外表面
Ko
do di
1 hi
do
2
1
ln
do di
1 ho
对内表面：
Ki
di do
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2020/6/11
2.7.1 间壁式换热器的
热工计算
热质交换过程与设备. 第二章
3 平均温差
一、顺流和逆流情况下的平均温差 在《传热学》里，为了得到顺流和逆流情况下的平均
温差，我们作出以下假定：
（1）两种流体的质量流量和比热在整个传热面上保持定 值；
（2）传热系数在整个传热面上不变；
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2.7.1 间壁式换热器的
热工计算
热质交换过程与设备. 第二章
二、其它流动方式时的平均温差
除顺流、逆流外，根据流体在换热器中的安排，还有 交叉流、混合流等。对于这些复杂情况下的平均温差，理 论上可在附加一些假设条件后，用解析解法求出，但这些 解析结果均过于繁琐，在工程计算中常采用先按逆流计算
1 ho
1
di
2
ln
do di
1 hi
其中
Ko Ao Ki Ai
(2-7-4) (2-7-5)
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2.7.1 间壁式换热器的
化工原理3.4传热计算
Δt m
Δt 1 − Δt 2 = ——对数平均温差 Δt 1 ln Δt 2
22
讨论： （1）也适用于并流
T1
Δt1 =T 1− t1
Δt 2 = T2 − t 2
Δt1
T2 Δt2 t2 t1 A
23
（2）较大温差记为Δt1，较小温差记为Δt2 （3）当Δt1/Δt2<2，可用 （4）当Δt1＝Δt2
1. 逆、并流时的Δtm
T1 t2 T2
T1 t2 t T2 t1 A t t1 T1 T2 t2
T1 t1 t1 T2 t2
逆流
并流
A
18
以逆流为例推导Δtm 假设：（1）定态流动、传热 ；qm1、 qm2一定 （2）cp1、cp2为常数，为tm下的值 （3）K沿管长不变化 （4）热损失忽略不计
T1 T2 t2 t1 A来自27加热：t2max < T2, 热敏物质 冷却：T2min > t2, 易固化物
热流体冷却为例 • 并流：t2<T2 • 逆流：t2’>T2 t2’-t1 > t2-t1 Q一定,qm2’<qm2
T1
t2’
逆流 并流
A
T2 t2
t1
t1
28
（3）采用其他流型的目的——提高α↑ 提高K↑ （4）单侧变温——Δtm与流型无关
19
T1 Δt1 t t2 dt dA t dT
逆 流
T T2 Δt2 t1
Δt1 =T 1− t 2
Δt 2 = T2 − t1
A
20
dA段内热量衡算：dQ = − q m 1 c p 1 dT = − q m 2 c p 2 dt dA段内传热速率方程： dQ = K (T − t )dA
化工原理 传热计算
(2)污垢的影响
1 1 Rs1 b d1 Rs2 d1 1 d1
K 1
dm
d2 2 d2
(3)若两侧流体的对流传热系数相差较大，如α1>>α2,则
K≈α2，即总传热系数接近α较小的流体的对流传热系数。强 化传热的途径必须提高α小,即降低热阻大的流体的热阻。
（4）K 获取： 通过上述公式求算。 从有关手册和专著中获得，如《化工工艺设计手册》，
2500
45 22.5
20 50 20
=0.0004+0.00058+0.000062+0.000625+0.025 =0.0267 m2·K/W K=37.5 W/m2·K
（2）α1增大一倍,即α1=5000W/m2·K时传热系数
1
=0.0002+0.00058+0.000062+0.000625+0.025=0.0265 m2·K/W
K ''
K '' =70.4 W/m2·K
K值增加的百分率
K '' K 100% 70.4 37.5 100% 87.8%
K
37.5
由本例可以清楚地看到，要提高K值，就要设法减小主要热阻项。
关于总传热系数K的讨论：
(1)对于平壁或薄壁圆筒：有A1＝A2＝Am, 则:
1 1 b 1 1 1
4.4 传热计算
4.4.1 热量衡算－热负荷的计算
Cool fluid
Q放＝Q吸 Q损
Hot
fluid
若无相变，忽略热损失：
Q qm1cP1 (T1 T2 ) qm2cP2 (t2 t1 )
管壳式换热器传热计算示例(终)
管壳式换热器传热设计说明书设计一列管试换热器，主要完成冷却水——过冷水的热量交换设计压力为管程1.5MPa （表压），壳程压力为0.75MPa（表压），壳程冷却水进,出口温度分别为20℃和50℃，管程过冷水进，出口温度分别为90℃和65℃管程冷水的流量为80t/h。
2、设计计算过程：（1）热力计算1)原始数据：过冷却水进口温度t1′=145℃；过冷却水出口温度t1〞=45℃；过冷却水工作压力P1=0.75Mp a（表压）冷水流量G1=80000kg/h；冷却水进口温度t2′=20℃；冷却水出口温度t2〞=50℃；冷却水工作压力P2=0.3 Mp a（表压）。
改为冷却水工作压力P2=2.5 Mp2)定性温度及物性参数：冷却水的定性温度t2=( t1′+ t1〞)/2=(20+50)/2=35℃；冷却水的密度查物性表得ρ2=992.9 kg/m3；冷却水的比热查物性表得C p2=4.174 kJ/kg.℃冷却水的导热系数查物性表得λ2=62.4 W/m.℃冷却水的粘度μ2=727.5×10－6 Pa·s；冷却水的普朗特数查物性表得P r2=4.865；过冷水的定性温度℃；过冷水的密度查物性表得ρ1=976 kg/m3；过冷水的比热查物性表得C p1=4.192kJ/kg.℃；过冷水的导热系数查物性表得λ1=0.672w/m.℃；过冷水的普朗特数查物性表得P r2；过冷水的粘度μ1=0.3704×10－6 Pa·s。
过冷水的工作压力P1=1.5 Mp a（表压）3)传热量与水热流量取定换热器热效率为η=0.98；设计传热量：过冷却水流量：；4)有效平均温差逆流平均温差：根据式（3-20）计算参数p、R:参数P：参数R：换热器按单壳程2管程设计，查图3—8得温差校正系数Ψ=0.83；有效平均温差：5)管程换热系数计算：附录10，初定传热系数K0=400 W/m.℃；初选传热面积：m2；选用φ25×2.5无缝钢管作换热管；管子外径d0=0.025 m；管子径d i=0.025-2×0.0025=0.02 m；管子长度取为l=3 m；管子总数：取720根管程流通截面积：m2管程流速：m/s管程雷诺数：湍流管程传热系数：（式3-33c）6)结构初步设计：布管方式见图所示:管间距s=0.032m（按GB151,取1.25d0）；管束中心排管的管数按4.3.1.1所给的公式确定：取20根；壳体径：m 取Di=0.7m；长径比：布管示意图l/D i=3/0.9=3.3 ，合理选定弓形折流板弓形折流板弓高：折流板间距：m折流板数量：折流板上管孔直径由GB151-2014可确定为 0.0254mm折流板直径由GB151-2014可确定为 0.6955m 7）壳程换热系数计算壳程流通面积：根据式(3-61)中流体横过管束时流道截面积046.0032.0025.016.0233.01o i c1=⎪⎪⎭⎫⎝⎛-⨯=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=s d BD A m 2壳程流速：m/s ；壳程质量流速：kg m 2/s ；壳程当量直径：m ；壳程雷诺数：； 切去弓形面积所占比例按 h/D i =0.2查图4-32得为0.145壳程传热因子查 图3-24得为j s =20 管外壁温度假定值 t w1′=45℃ 壁温过冷水粘度 Pa.s粘度修正系数：根据式（3-62）计算壳程换热系数：8）传热系数计算：水侧污垢热阻：r 2=0.000344m 2.℃/w 管壁热阻r 忽略 总传热系数：传热系数比值，合理9）管壁温度计算：管外壁热流密度：Ｗ/m2.℃根据式(3-94a)计算管外壁温度：℃误差较核：℃，误差不大；10）管程压降计算：根据式(3-94b)计算管壁温度：℃；壁温下水的粘度：Pa·s；粘度修正系数：；查图3-30得管程摩擦系数：管程数：；管沿程压降计算依据式（3-112）：Pa （W=w.ρ）回弯压降：Pa；取进出口管处质量流速：W N2=1750 ㎏/㎡·s； (依据ρw2<3300取 w=1.822m/s) 进出口管处压降(依据 3-113)：；管程结垢校正系数：；管程压降：11）壳程压降计算：壳程当量直径：m；雷诺数：；查得壳程摩擦系数：λ1=0.08；(图 3-34)管束压降（公式3-129）：Pa；取进出口质量流速： kg/m2·s；( ρw2<2200 取W N2=1000 ㎏/㎡·s) 进出口管压降：Pa；取导流板阻力系数：;导流板压降：Pa壳程结垢修正系数：；(表3-12)壳程压降：Ｐa；管程允许压降：[△P2]=35000 Pa；（见表3-10）壳程允许压降：[△P1]=35000 Pa；△P2<[△P2]△P1<[△P1]即压降符合要求。
化工原理 (14)
A1 A2 Am
1 K1
1
1
Rd1
b
Rd 2
1
2
如管壁热阻很小，可略，且污垢热阻也可略时有：
1 11
K1 1 2
当两流体的对流传热系数相差较大时，K值必趋近 且小于 与 中小的一个。
4.3.3 总传热系数
(4) 换热器中总传热系数的经验值
例4-10 现测定一传热面积为2m2的列管式换热器的总传
K随着所取传热面的不同而不同!
① 取 dA dA1
1 1 bdA1 dA1 1 bd1 d1
K1 1 dAm 2dA2 1 dm 2d2
以内表面积为基准的传热系数
4.3.3 总传热系数
(1) 圆筒壁的总传热系数计算式
② 取dA dA2
1 d2 bd2 1
K2 1d1 dm 2
t2 t1
Q KAtm
t2
称为对数平均温 度差。当 t1 / t2 2 时，可用算数平 均代替。
例4-7 用一列管式换热器加热原油，原油进口温度为 100℃，出口温度为150℃。某反应物作为加热剂，进口 温度为250℃，出口温度为180℃。求：(1)并流与逆流 的平均温度差；(2) 若原油流量为1800kg/h，比热容为 2kJ/(kg·K),总传热系数为100W/(m2·K),求并流和逆流时 所需传热面积；(3)若要求加热剂出口温度降至150℃， 求此时并流和逆流时的平均传热温差和所需传热面积， 逆流时的加热剂量可减少多少（加热剂的比热容及总传 热系数不变）？
② 采用逆流操作可节省加热介质或冷却介质的用量。 因逆流时热流体的温降可较并流时大，同样冷流体的 温升也可较并流时大。
③换热器应尽可能采用逆流操作。但是在某些生产工艺 要求下，若对流体的温度有所限制，如冷流体被加热 时不得超过某一温度，或热流体被冷却时不得低于某 一温度，则宜采用并流操作。
换热器的设计
第一章设计方案概述和简介1.1 概述在不同温度的流体间传递热能的装置称为热交换器，简称为换热器。
化工生产中换热器的使用十分普遍，由于无理的性质、歘热要求各不相同，换热器的种类很多。
了解各种换热器的特点，根据工艺要求正确选用适当类型的换热器是非常重要的。
按照热量交换的方法不同，分为间壁式换热器、直接接触式换热器、蓄热式换热器三种。
化工生产中绝大多数情况下不允许冷、热两流体在传热过程中发生混合，所以，间壁式换热器的应用最广泛。
在换热器中至少要有两种温度不同的流体，一种流体温度较高，放出热量：另一种流体温度较低，吸收热量。
换热器在化工、石油、动力、制冷、食品等行业中都有广泛应用，且它们是上述这些行业的通用设备，并占有十分重要的地位。
1.2 方案简介根据列管式换热器的结构特点，主要分为以下四种。
以下根据本次的设计要求，介绍几种常见的列管式换热器。
1.2.1 列管式换热器的分类1.2.1.1 固定管板式换热器固定管办事换热器的两端和壳体连为一体，管子则固定于管板上，它的结余构简单；在相同的壳体直径内，排管最多，比较紧凑；由于这种结构式壳测清洗困难，所以壳程宜用于不易结垢和清洁的流体。
当管束和壳体之间的温差太大而产生不同的热膨胀时，用使用管子于管板的接口脱开，从而发生介质的泄漏。
1.2.1.2 U型管换热器U型管换热器结构特点是只有一块管板，换热管为U型，管子的两端固定在同一块管板上，其管程至少为两程。
管束可以自由伸缩，当壳体与U型环热管由温差时，不会产生温差应力。
U型管式换热器的优点是结构简单，只有一块管板，密封面少，运行可靠；管束可以抽出，管间清洗方便。
其缺点是管内清洗困难；哟由于管子需要一定的弯曲半径，故管板的利用率较低；管束最内程管间距大，壳程易短路；内程管子坏了不能更换，因而报废率较高。
此外，其造价比管定管板式高10%左右。
1.2.1.3 浮头式换热器其结构特点是两端管板之一不与外科固定连接，可在壳体内沿轴向自由伸缩，该端称为浮头。
间壁式换热器及其热工计算方法精选全文
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2.7.1 间壁式换热器的
热工计算
热质交换过程与设备. 第二章
温tt差 的1用.误7对时数，平用均算温术差平计均算温虽差然较tm精确t， 2但t稍 显代麻替烦对。数当平均
差不超过2.3%，一般当
t 2 t
时，即可用算术平均
温差代替对数平均温差，其误差不超过4%，这是工程计算
热工计算
热质交换过程与设备. 第二章
1 总传热系数与总传热热阻
对于换热器的分析与计算来说，决定总传热系数是最 基本但也是最不容易的。在传热学中，对于第三类边界条 件下的传热问题，总传热系数可以用一个类似于牛顿冷却 定律的表达式来定义，
Q KAt t 1 KA
(2-7-1)
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线，顺流与逆流相比，顺流时温差变化较显著，而逆流时 温差变化较平缓，故在相同的进出口温度下，逆流比顺流 平均温差大。因此，工程上换热器一般都尽可能采用逆流 布置。逆流换热器的缺点是高温部分集中在换热器的一端。
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2.7.1 间壁式换热器的
热工计算
热质交换过程与设备. 第二章
式中 Q ——热负荷（即传热量），W k ——换热器整个传热面上的平均传热系数，W/m2.0C F ——传热面积，m2 tm ——传热面上两种流体之间的平均温差，0C
由上可知，要算出传热面积F，必须先知道换热器的热 负荷Q，平均温差 tm以及平均传热系数k等值，这些数值的 计算就成了热计算的基本内容。
do di
1
doho
(2-7-3)
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完整版换热器计算步骤
第2章工艺计算2.1设计原始数据2.2管壳式换热器传热设计基本步骤（1）了解换热流体的物理化学性质和腐蚀性能（2）由热平衡计算的传热量的大小，并确定第二种换热流体的用量。
（3）确定流体进入的空间（4）计算流体的定性温度，确定流体的物性数据（5）计算有效平均温度差，一般先按逆流计算，然后再校核（6）选取管径和管内流速（7）计算传热系数，包括管程和壳程的对流传热系数，由于壳程对流传热系数与壳径、管束等结构有关，因此，一般先假定一个壳程传热系数，以计算K,然后再校核（8）初估传热面积，考虑安全因素和初估性质，常采用实际传热面积为计算传热面积值的1.15~1.25倍（9）选取管长I。
（10）计算管数N T（11）校核管内流速，确定管程数（12）画出排管图，确定壳径D j和壳程挡板形式及数量等（13）校核壳程对流传热系数（14）校核平均温度差（15）校核传热面积第2章工艺计算（16）计算流体流动阻力。
若阻力超过允许值，则需调整设计。
2.3确定物性数据 2.3.1定性温度由《饱和水蒸气表》可知，蒸汽和水在 p=7.22MPa t>295 C 情况下为蒸汽，所以在不考 虑开工温度、压力不稳定的情况下，壳程物料应为蒸汽，故壳程不存在相变。
对于壳程不存在相变，其定性温度可取流体进出口温度的平均值。
其壳程混合气体 的平均温度为：管程流体的定性温度:根据定性温度，分别查取壳程和管程流体的有关物性数据2.3.2物性参数管程水在320C 下的有关物性数据如下：【参考 物性数据 无机 表1.10.1 ]表2 — 2壳程蒸气在357.5下的物性数据[1]:【锅炉手册 饱和水蒸气表]t=420 2952357.5 °C(2-1 )T=310 3302320 C第2章工艺计算2.4估算传热面积 241热流量根据公式（2-1）计算：Q WC p t将已知数据代入 （2-1）得:Q WC p1 b=60000X 5.495 X 103 (330-310)/3600=1831666.67W式中：W 工艺流体的流量，kg/h ；C p1 ――工艺流体的定压比热容，kJ/疥K ; t 1 ――工艺流体的温差，C ；Q――热流量，W2.4.2平均传热温差根据化工原理4-45 公式（2-2）计算:按逆流计算将已知数据代入 （2-3）得:【化原 4-31a 】(2-2)t mt 1 t2t 1(2-3)Int2t mt1 t2t1ln420 330 310 295 ‘41.86C ,420 330In310 295第2章工艺计算式中： t m ――逆流的对数平均温差，C ；t i ――热流体进出口温差，c ； t 2 ――冷流体进出口温差，c ； 可按图2-1中（b ）所示进行计算。
换热器及其基本计算
姓名：杜鑫鑫学号：0903032038合肥学院材料工程基础姓名：班级：09无机非二班学号：\课题名称：换热器及其基本计算指导教师：胡坤宏换热器及其基本计算一、换热器基础知识（1）换热器的定义：换热器是指在两种温度不同的流体中进行换热的设备。
（2）换热器的分类：由于应用场合不同，工程上应用的换热器种类很多，这些换热器照工作原理、结构和流体流程分类。
二、几个不同的换热器（1）管壳式换热器管壳式换热器又称列管式换热器，是一种通用的标准换热设备。
它具有结构简单、坚固耐用、造价低廉、用材广泛、清洗方便、适应性强等优点，应用最为广泛，在换热设备中占据主导地位。
管壳式换热器是把换热管束与管板连接后，再用筒体与管箱包起来，形成两个独立的空间。
管内的通道及与其相贯通的管箱称为管程；管外的通道及与其相贯通的部分称为壳程。
一种流体在管内流动，而另一种流体在壳与管束之间从管外表面流过，为了保证壳程流体能够横向流过管束，以形成较高的传热速率，在外壳上装有许多挡板。
而壳管式换热器又可根据不同分为U形管式换热器、固定管板换热器、浮头式换热器、填料函式换热器几类。
(2) 套管式换热器套管式换热器是用两种尺寸不同的标准管连接而成同心圆套管，外面的叫壳程，内部的叫管程。
两种不同介质可在壳程和管程内逆向流动(或同向)以达到换热的效果。
套管式换热器以同心套管中的内管作为传热元件的换热器。
两种不同直径的管子套在一起组成同心套管，每一段套管称为“一程”，程的内管（传热管）借U形肘管，而外管用短管依次连接成排，固定于支架上。
热量通过内管管壁由一种流体传递给另一种流体。
通常，热流体由上部引入,而冷流体则由下部引入。
套管中外管的两端与内管用焊接或法兰连接。
内管与U形肘管多用法兰连接,便于传热管的清洗和增减。
每程传热管的有效长度取4～7米。
这种换热器传热面积最高达18平方米，故适用于小容量换热。
当内外管壁温差较大时,可在外管设置U形膨胀节或内外管间采用填料函滑动密封，以减小温差应力。
传热技术—计算间壁式换热器的壁温(制药单元操作技术课件)
−
−
−
=
=
=
1
1
+
⋅
⋅ +
⋅
1
= − /(
+ )
⋅
1
= + /(
+ )
⋅
06 ：计算间壁换热器的壁温
如果壁面较薄且热导率较高，则导热热阻忽略可不计，壁面两侧温度
有污垢热阻时，用式计算:
1
i
1
=
+
+
+
+
K o m
代入各值，得： 1 = o + o + 1 +
Ko
i i
m
o
1
0.025 0.0025 0.025
1
=
×
+
×
+
+ 0.005
300 0.020
45
0.0225 10000
06 ：计算间壁换热器的壁温
子 分析间壁换热器壁温的影响因素
二、分析影响壁面温度的因素
因此，生产过程中经常采用降低冷流体一侧热阻的方法来降低壁
温，比如增加冷流体湍动程度或及时清理冷流体一侧的污垢，就能有
效地减小壁面与冷流体的热阻，从而减小壁面与冷流体之间的温度差,
达到降低壁温的目的。
06 ：计算间壁换热器的壁温
近似相等，在稳定传热过程中的传热速率可用下式近似计算：
−
−
=
=
1
1
+
+
换热器选型计算常用工具公式
第六章传热1、给热系数：α（水平）=0.725×（ρ2gλ3r/dΔtμ)1/4式中d为圆管外径α（垂直）=1.13×（ρ2grλ3/μLΔt)1/4应用上式除汽化潜热r取冷凝温度t s外，其他各物性按规定取t s和t w 的算术平均值。
（例题6-4 PAGE194）2、水平管束外的冷凝给热系数α=0.725×（ρ2gλ3r/n2/3dΔtμ)1/43、过热蒸汽的冷凝热r’=r+c p(T V-T S)C p为过热蒸汽的比热容，T V为过热蒸汽的温度。
6.5热辐射1、吸收率等于1的物体称为黑体，黑体的辐射能力，即单位时间单位黑体表面向外界辐射的总能量E b=ζ0T4E b----W/m2ζ0----黑体辐射常数为5.67×10-8W/(m2K4)2、实际物体的辐射，通常将实体物体与同温度的黑体的辐射能力的比值称为该物体的黑度ε，ε=E/E b，其值恒小于1。
各物体不同温度下的黑体可由表格中查询。
3、灰体：（把实际物体当成是）对各种波长辐射能均能同样吸收的理想物体。
同一灰体的黑度与其吸收率a在数值上必然相等ε=a此式称为克希荷夫定律。
证明过程：假定有2个平行的板,板1是黑体,板2是任意物体（灰体）,板2辐射热收入和支出的差额是q=E-aE b,E是板2辐射出去热量,a 是板2的吸收率,当两个板子温度相等到热平衡时,q=E-aE b=0,导出a=E/E b,这个表达式和物体发射率的表达式是一样的.把这个关系延伸下就是对于灰体来说其一定温度下的吸收比恒等于发射率. 即ε=a。
4、黑体间的辐射传热和角系数两黑体间的热流量为Q12=Q1→2—Q2→1由蓝贝特定律Q1→2=(E b1/π)∫A1∫A2COSα1COSα2(1/r2)dA1dA2简化得Q1→2=A1E b1ψ12式中ψ12为黑体1对黑体2的角系数ψ12=（1/πA1）∫A1∫A2COSα1COSα2(1/r2)dA1dA2同理Q2→1=A2E b2ψ21ψ21=（1/πA2）∫A2∫A1COSα2COSα1(1/r2)dA2dA1于是又A1ψ12=A2ψ21于是Q12=Q1→2—Q2→1=A1E b1ψ12—A2E b2ψ21=A1ψ12（E b1—E b2）工程上为方便起见，通常把角系数绘成图，可从图中查询。
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50
70
0.0017
0.00017
4000
550
483.516484 热强度q(W/m2)
32660.28
2.计算结果：
换热器大温差端的流体温差△t1（0C）
0
换热器小温差端的流体温差△t2（0C）
30
流体有效平均温差△tM（ C） 热流体平均温度Tm（0C） 热流体侧的壁温tth（0C） 一般情况下换热管管壁温度tt（0C） 管壁热阻小且管壁很薄温度tt（0C） 估算换热管管壁温度tt（0C）
67.55 冷流体平均温度tm（0C） 冷流体侧的壁温ttc（ C）
0
139 75.31 100.12 99.88 129.45
60 124.93
3.结论：
换热管管壁温度tt （0 C） 壳壁温度ts（0C） 100.12
本表的计算适用于传热系数K值固定不变时△tM的计算
换热器壁温计算
1.工艺参数：
热流体进口温度Ti（0C） 冷流体进口温度ti（0C） 热流体侧污垢热阻rdh（m2。0C/W） 热流体侧给热系数α h(W/m2。0C) 总传热系数K(W/m2。0C) 178 热流体出口温度To（0C） 冷流体出口温度to（0C） 冷流体侧污垢热阻rdc（m2。0C/W） 热流体侧给热系数α c(W/m2。0C) 100