5.3热交换的计算
热交换公式
热交换公式热交换，又称热传导，是一种让物体的能量在量级上迁移的物理现象。
它指的是两个物体通过相邻的介质（如空气）将能量传导到对方的过程。
如果这些物体之间没有其他介质，他们之间也可以通过直接接触来进行热交换。
热交换是由温度及其物理性质（如热导率）所决定的，它涉及到多种不同的热学理论，从复杂数学理论到简单的公式。
在热学原理上，热交换可以用热量传输（热导率）和热流密度的方程来表达，这可以用克莱姆-柯西公式来描述：Q = UADT，其中Q 是热量，U是热导率，A是两个物体之间的表面积，DT是温差。
这个公式能够用来估算热交换的效率，从而可以预测两个物体之间所需要传输的热量。
另一个热交换的公式是伦理斯特公式，它包含了热量传输系数，它是由两个物体之间空气层厚度和空气导热系数组成的，它可以用来计算空气中传输热量的速度。
热通量也是热交换过程中重要的概念。
它是指给定单位时间内从一个物体向另一个物体传输的热量总量。
这个公式可以写成：q = UAT，其中q是热通量，U是热导率，A是两个物体之间的表面积，DT是温差。
该公式的意义在于，它可以用来评价热交换过程中面积传输热量的速度。
当计算热通量时，还要考虑空气层。
这是指在空气中传输热量时，空气层会影响热交换的速度。
如果空气层较厚，热交换的速度就会变慢，而如果空气层较薄，热交换的速度又会快很多。
另外，在热交换中也有一类叫做“热传播”，它是指热量通过一种非物理介质（如电磁场）来传输的一种热交换。
它的公式为：q =σAT，其中q是热通量，ε是空气层的介电常数，σ是热导系数，A 是两个物体之间的表面积，DT是温差。
总之，热交换是一种重要的物理现象，它决定着能量在物体之间的传输。
上述公式可以用来估算和预测热交换过程，从而更好的调整物体之间的温差。
虽然它很复杂，但我们只要正确地理解其原理，就能够更好地应用于实际研究中。
关于排风能量回收的效率
关于排风能量回收的效率GB 50189-2005《公共建筑节能设计标准》5.3.14 条：建筑物内设有集中排风系统且符合下列条件之一时，宜设置排风热回收装置。
排风热回收装置（全热和显热）的额定热回收效率不应低于60%。
显热效率也称温度效率，用下式表达：W J t W Pt t t t η-=- (新风进风—新风出风）÷（新风进风—排风进风）式中：t W 室外空气温度（℃）t J 进风（热交换后）温度（℃）t P 排风（热交换前）温度（℃）全热效率也称焓效率，只要将显热效率公式中的温度t,更换为焓h ：W J h W Ph h h h η-=-式中：h W 室外空气焓值（J/kg ）h J 进风（热交换后）焓值（J/kg ）h P 排风（热交换前）焓值（J/kg ）在室外空气温度(即新风起点温度)、新风终点温度、排风起点温度(即室内空气温度)和排风终点温度4个参数中,标志能量回收效率只用了3个。
因为,在实际工程设计时,在选定排风能量回收装置,并根据产品样本得到显热效率或全热效率以后,所需要关注的只是新风终点温度(或焓值),而不是排风终点温度(或焓值) 。
这说明:※能量回收效率是B/A,即室外空气温度(或焓值)变化达到室内外温差(或焓差)的程度。
※而非C/A,非排风温度(或焓值)变化达到室内外温差(或焓差)的程度。
例如：冬季室外温度为t W =-10℃, 室内温度为t P = 20℃, 如果排风热回收装置的显热回收效率为60%，求回收装置后的进风温度t J ？（8℃）※排风能量回收是进入室外空气与室内排出空气之间的换热，能量回收效率为60%时，室外空气经能量回收装置后的进风温度从-10℃提高到了8℃。
当进入室外空气与室内排出空气的风量相等时,根据能量守衡原理: 室外空气温度(或焓值)变化达到室内外温差(或焓差)的程度, 与排风温度(或焓值)变化达到室内外温差(或焓差)的程度是相同的,即B = C 。
热交换系数
03
热交换系数的影响因素分析
材料特性对热交换系数的影响
材料特性是影响热交换系数的重要因素之一
• 材料的热导率、热容量、辐射特性等都会影响热交换系数
不同材料的热交换系数相差较大
• 例如：金属材料的导热热交换系数较大，非金属材料的导热热交换系
数较小
• 同一材料在不同温度下的热交换系数也会有所不同
材料特性的优化对于提高热交换系数具有重要意义
Coefficient）
• 导热热交换系数（Conductive Heat Exchange
Coefficient）
• 对流热交换系数主要应用于流体与固体壁面之间的热量传递过程
• 如：散热器、空调制冷系统、锅炉等
• 辐射热交换系数主要应用于物体之间的辐射热量传递过程
• 如：太阳能热水器、炉窑等
• 导热热交换系数主要应用于固体材料内部的导热过程
优化流速
• 可以提高对流热交换系数
• 可以提高热量传递效率
优化压力
• 可以提高设备的稳定性和使用寿命
• 可以降低设备成本和维护成本
05
热交换系数在实际工程中的应
用案例
热交换器中的应用
01
02
热交换器是一种用于热量传递的设备
• 如：冷凝器、蒸发器、冷却器等
热交换器的性能与热交换系数密切相关
• 通过优化热交换系数，可以提高热交换器的热量传递效
• 可以计算出热交换系数与流体温度、流速、壁面材料等因素之间的关系
数值模拟技术在热交换系数计算中的应用具有高效性和准确性
• 可以快速模拟复杂的热量传递过程
• 可以提供详细的热交换系数分布信息
数值模拟技术需要较高的计算机技术和数值分析能力
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
Q W1t1 W2t 2
③
t 1 热流体在热换器内的温降值，也称冷却度，℃ t 2 冷流体在热交换器内的温升值，也称加热度，℃
c 1 c2
分别为热、冷流体在进、出口温度范围内的平 均定压质量比热，J/(Kg· ℃)
W1 W2 分别为热、冷流体的热容量，W/K
对应单位温度变化产生的流动流体的能量存储速率
热交换器任一微元传 热面处的传热系数， w/（m2· ℃） 微元传热面积， m2
K
F
整个传热面上的平 均传热系数，w/ （m2· ℃） 传热面积， m2 两种流体之间的平 均温差，℃
t
在此微元传热面处两种 t m 流体之间的温度差，℃
Q
热交换器的热负荷，W
想求得 F ，必须已知
K
、 t m 、Q 。
2、热平衡方程：
i1 M 2 i2 i2 Q M1 i1
Q M 1 C1 dt 1 M 2 C 2 dt 2
t1 t2 t1 t2
② 适用于任何流体
适用于无相变流体
M1 M 2
分别为热流体与冷流体的质量流量 ，Kg/s 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· ℃)
t max t min 2
使用条件：如果流体的温度沿传热面变化不大， 范围在
t max 2 内可以使用算数平均温差。 t min
算术平均与对数平均温差
t m ,算术
t max t min 2
t m ,对数
t max t min 参数P、R的函 数 f ( P, R) 该函数形式因流动方式而异。
对于只有一种流体有横向混合的错流式热交换器， 可将辅助参数的取法归纳为：
热交换公式
热交换公式热交换是指流体间传递热量的过程，它经常在工程中使用，比如空调和散热器的冷凝器、换热器和蒸汽工厂的再热器等。
热交换可分为热对流和热传导，它们之间有着很大的不同。
在本文中，我们将重点讨论热交换的公式，以便加深我们对它的理解。
热交换公式主要用于计算两个流体之间的热量传递，其中包含两个重要参数：热传导系数和温差。
热传导系数指的是两个流体之间的传递热量系数，它是由中间介质决定的，而温差则是两个流体温度之差。
热交换公式的主要形式是：Q=U*A*ΔT其中，Q是热量传递的量，U是热传导系数，A是接触面积，ΔT 是温差。
要确定这个公式的值，我们需要准确测量和计算热传导系数和温差，从而确定接触面积的大小。
热传导系数取决于两个流体之间的介质，温差也跟着变化而变化，它们可以通过物理实验得到准确测量。
典型的实验需要用热源和流体进行热交换，以测量出温度变化和热传导系数。
例如，当我们要测量水和金属之间的热传导系数时，可以使用金属棒与水平行交换热量，记录它们之间的温度变化，然后根据温度变化来计算热传导系数。
热交换的此外，还可以使用其它的公式来计算热交换，这些公式依赖于所使用的热交换器的类型和外部条件。
例如，当使用空气作为中间介质时，可以使用定温空气热交换公式，或者当使用液体作为中间介质时，可以使用定温液体热交换公式等。
热交换的应用非常广泛，它可以用于各种工程应用。
例如，用于空调的冷凝器和换热器，或者用于电力发电厂的再热器等，都是热交换的应用。
热交换的主要原理是将大量的热量从一个流体传递到另一个流体，从而达到降温和保温的需求。
总而言之，热交换是一种常见的热量传递过程，它广泛应用于工程中，诸如空调和散热器等。
热交换的公式可以用于计算两个流体之间传递热量的大小。
为了准确计算热交换公式的值，还需要准确计算出热传导系数和温差。
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
热交换公式与时间
热交换公式与时间
热量=比热容*温度的变化
Q=CM(t2-t1)
Q----热量
M----物体的比热(查表)
t2---物体最后温度
t1---物体初始温度
拓展资料:
热量:
热量是指由于温度差别而转移的能量；也是指1公克的水在1大气压下温度上升1度c所产生的能量；在温度不同的物体之间，热量总是由高温物体向低温物体传递；即使在等温过程中，物体之间的温度也不断出现微小差别，通过热量传递不断达到新的平衡。
人体的一切生命活动都需要能量，如物质代谢的合成反应、肌肉收缩、腺体分泌等等。
而这些能量主要来源于食物。
动、植物性食物中所含的营养素可分为五大类：碳水化合物、脂类、蛋白质、矿物质和维生素，加上水则为六大类。
其中，碳水化合物、脂肪和蛋白质经体内氧化可释放能量。
三者统称为“产能营养素”或“热源质”。
由于温差的存在而导致的能量转化过程中所转化的能量；而该转化过程称为热交换或热传递；热量的公制为焦耳。
温度:
温度是表示物体冷热程度的物理量，微观上来讲是物体分子热运动的剧烈程度。
根据某个可观察现象（如水银柱的膨胀），按照几种任意标度之一所测得的冷热程度。
温度只能通过物体随温度变化的某些特性来间接测量，而用来量度物体温度数值的标尺叫温标。
它规定了温度的读数起点（零点）和测量温度的基本单位。
国际单位为热力学温标(K)。
目前国际上用得较多的其他温标有华氏温标(°F)、摄氏温标(°C)和国际实用温标。
从分子运动论观点看，温度是物体分子运动平均动能的标志。
温度是大量分子热运动的集体表现，含有统计意义。
§4、热交换的计算
§4、热交换的计算 本节共 页化工生产中最常用的传热操作是热流体经管壁（或器壁）向冷流体传热的过程，该过程称为热交换或换热。
δtw 1tw 2t （管内）给热（管外）T 给热导热一、热交换的基本方程热量的传递属于：对流→导热→对流类型 即, 导热下面分别讨论 111111111λααΦ=--=Φw w t T t T A ）或（ （1）式中：A 1－ 外壁面积 2导热)(212w w t t A -=Φδλδλ/221m w w A t t Φ=- （2） A m － 平均传热面积 322322223λααΦ=--=Φt t t t A w w ）或（ （3）A 2－内壁面积 对于稳定传热Φ==Φ=Φ=Φ 321 三式相加得2211/λαδλαΦ+Φ+Φ=-m A A t T221111A A A tT m αλδα++-=Φ2211)(A A A A t T A m m m αλδα++-=令22111A A A A K mm αλδα++=由于温差沿着传热壁面变化∴，热交换基本方程 m m t KA ∆=Φ （4） 式中K —传热系数，单位与α相同 即（W/m 2k ） m t ∆—对数平均温度差 若传热面为平壁，则A A A A m ===21 这时21111αλδα++=K （5）若传热面为圆筒壁，但管子的直径较大，或管壁及垢层均较薄， 即d 外/ d 内< 2时，近似认为d 内=d 外=d m =d 这时k 的计算式采用平壁的计算式，即m t KA ∆=Φ 这时A 多采用外壁面积。
若传热面积有垢层时，21111αλδλδλδα++++=外外内内K （6）讨论:若传热壁面是新的，且壁面本身热阻较小，若传热壁面是旧的且壁面和垢层均很薄， 热阻可忽略 （6）式简化为，212121111αααααα+=+=K A 、在数值上：K<1α，K<2α设21αα<，将2α分别除以分子和分母。
(2021年整理)换热计算公式
换热计算公式
编辑整理：
尊敬的读者朋友们：
这里是精品文档编辑中心，本文档内容是由我和我的同事精心编辑整理后发布的，发布之前我们对文中内容进行仔细校对，但是难免会有疏漏的地方，但是任然希望（换热计算公式）的内容能够给您的工作和学习带来便利。
同时也真诚的希望收到您的建议和反馈，这将是我们进步的源泉，前进的动力。
本文可编辑可修改，如果觉得对您有帮助请收藏以便随时查阅，最后祝您生活愉快业绩进步，以下为换热计算公式的全部内容。
1、热负荷
T V C Q P ∆=ρ
P C ———介质比热容
ρ———介质密度
V ————介质体积流量
△T ———介质进出口温度之差
2、对数平均温差
min max min max ln T T T T T ∆∆∆-∆=
∆
图中 T1’ 、 T1‘ 代表热流体的进出口温度
T2“ 、 T2” 代表冷流体的进出口温度
3、换热面积
T
K Q S ∆=
S ——换热面积
K-—传热系数。
热交换的计算
解：因内径0.8m≈外径0.822m,可近似作为平面壁，则
1 0.0001
h1
/ A 1 h1
t
1 h2
1 0.008 0.00016 2 0.003 0.003
1 50
2 1
1 0.004 h2
可见：主要热阻在搪瓷衬里和有机物这一侧。
如果忽略水蒸气和碳钢的热阻，计算结果只相差3.6%。
总传热方程: K • A • t
传热温差
连续定态传热有两种情况:恒温和变温
定态恒温传热:两流体经传热面进行热交换时,沿壁 面上两流体的温度不仅不随时间变化，同时也不随 壁面的不同位置而变化。如蒸发和蒸馏。
t T t
K或℃
传热温差
定态变温传热：传热壁面各点温度不随时间而变化， 但随传热面位置不同而不同。
tm
t1
t2 2
KAtm
热量衡算
换热器中冷、热两种流体进行热交换，若忽略热 损失，热流体放出的热量等于冷流体吸收的热量。
两种流体均无相变：
qm,hcp,h (T1 T2 ) qm,ccp,c (t2 t1) KAtm
一种流体有相变：
qm,ccp,c (t2 t1) qm,h L潜热 KAtm
体
体
器壁向冷流体传热的过程，
湍
湍
该过程称为间壁式热交换
流
流
或换热。
主
主
体
体
t
器壁
一、总传热方程
(overall heat transfer equation)
热流体T
1
对流
一侧壁面TW
2 传导
另一侧壁面tW
3
对流 冷流体t
1 h1 A1(T TW ),
热质交换原理与设备复习重点
由于水的进出口温差(t1-t2)<15℃，故可用Simpson积分法的两 段公式简化计算冷却数N。假设不同的水气比，计算过程及结 果列于表6-6。表中出口空气焓i2按式(6-69)计算。
冷却数的计算 表6-6
项目 气水比，G/W 单位 计算公式 0.5 数值 0.625 1.0
出口空气焓，i2
空气进出口焓平均值，im Δi2 Δi1 Δim
图6-53 K值与冷却水温的关系
用式(6-68)对全塔积分可得： （6-69）
式(6-69)可用于求解与每个水温相对应的空气的焓值。 另， 综合上面所得的各式可得：
对此进行变量分离并加以积分： （6-70） 式(6-70)是在迈克尔方程基础上以焓差为推动力进行冷却 时，计算冷却塔的基本方程。若以N代表两式的左边部分， 即： （6-71）
2)冷却数的确定 在冷却数的定义式(6-71)中，(i″-i)与水温 t之间的函数关系极为复杂，不可能直接积分求解，因此一 般采用近似求解法。 若精度要求不高，且水在塔内的温降Δt<15℃时，常用下列的 两段公式简化计算： （6-74） 式中 i″1、i″2、i″m：与水温t1、t2、tm=（t1+t2)/2对应的饱和空气 焓，kJ／kg；i1、i2：分别为冷却塔中空气进口、出口处的焓， kJ／kg。
称N为按温度积分的冷却数，简称冷却数，它是一个 无量纲数。 冷却数N表示水温从t1降到t2所需要的特征数数值， 它代表冷却负荷的大小。 在冷却数中的(i″-i)是指水面饱和空气层的焓与外界 空气的焓之差Δi，此值越小，水的散热就越困难。 所以它与外部空气参数有关，而与冷却塔的构造和 型式无关。 在气量和水量之比相同时，N值越大，表示要求散发 的热量越多，所需淋水装置的体积越大。
《热交换器》 标准释义及算例
《热交换器》标准释义及算例
热交换器是一种能够进行热能交换的设备，通常用于调节流体的温度。
其工作原理是通过将两种流体分隔开来，通过热传导的方式，使得热量从一个流体传递到另一个流体。
热交换器通常由管道网络和热交换表面组成。
以下是一个热交换器的算例：
设热交换器中有两种流体，分别是热水和空气。
热水的进口温度为80°C，出口温度为50°C；空气的进口温度为20°C，出口温度为60°C。
热交换器的热效率为90%。
根据热交换器的热效率定义，可以得知热水和空气之间的热量转移比为：
(热水出口温度-热水进口温度) / (空气出口温度-空气进口温度) = 热效率
(50°C - 80°C) / (60°C - 20°C) = 0.9
解方程可得：
-30°C / 40°C = 0.9
解得：
-30°C = 0.9 * 40°C
-30°C = 36°C
这个结果不成立，说明所假设的热效率不能实现。
因此需要重新找到有效的热效率值，使这个方程成立。
这只是一个简单的热交换器算例，实际应用中的热交换器可能会更加复杂，包括更多的参数和条件。
热量交换计算公式
热量交换计算公式
热量，是指当系统状态的改变来源于热学平衡条件的破坏，也即来源于系统与外界间存在温度差时，我们就称系统与外界间存在热学相互作用。
作用的结果有能量从高温物体传递给低温物体，这时所传递的能量称为热量。
热交换就是由于温差而引起的两个物体或同一物体各
部分之间的热量传递过程。
热交换一般通过热传导、热对流和热辐射叁种方式来完成。
换热效率计算公式：ηs=A/Q。
热量的三种计算公式：
1.经某一过程温度变化为△t，它吸收(或放出)的热量．Q表示热量(J)，
Q=c×m×△t．
Q吸=c×m×（t－t0） Q放=c×m×（t0－t）（t0是初温；t是末温），其中c是与这个过程相关的比热容
2.固体燃料完全燃烧释放的热量的计算公式：Q放=mq 气体燃料完全燃烧释放的热量的计算公式：Q=Vq
Q表示热量(J)，q表示热值(J/kg)，m表示固体燃料的质量(kg)，V表示气体燃料的体积(m3）。
q=Q放/m(固体）；q=Q放/v(气体）
Q—某种燃料完全燃烧后放出的热量—焦耳J
m—表示某种燃料的质量—千克kg
q—表示某种燃料的热值—焦耳每千克J/kg
热量的单位与功、能量的单位相同。
在国际单位制中热量的单位为焦耳(简称焦，缩写为J)．历史上曾定义热量单位为卡路里(简称卡，缩写为cal)，只作为能量的辅助单位，1卡=4.184焦。
注意：1千卡=1000卡=1000卡路里=4184焦耳=4.184千焦。
热交换器选型计算方法
热交换器选型计算方法
•
•如何选配适用的热交换器，公式说明如下：
•热交换器的散热能力= Qt÷ΔT×系数= （Qi+Qr）÷（T1-T2）×系数
•=（柜内耗散功率+光照辐射热）÷（柜内目标温度值- •环境最高干球温度）×系数
•其中：Qt=Qi+Qr
Qt：机柜所产生的总热量（单位：W ）；
•Qi：柜内耗散功率，即机柜内所产生的总热量（单位：W ）
Qr：光照辐射热，即机柜外传至机柜内的热量（单位：W ）
Qr=200*A ÷3
• A ：机柜的表面积（单位：m2）
•ΔT=T1-T2（单位：℃）T1: 柜内目标温度；
•T2: 柜外环境最高干球温度。
•机柜外型尺寸为：1000*2000*500mm
柜内耗散功率为600W（基本上柜内耗散功率为柜内元器件额定功率的10%~15% ；
柜内目标温度为45℃，柜外环境最高干球温度为35℃
计算：
•机柜表面积为：
•A=1*2*2+0.5*2*2+0.5*1*2=7m2；
•机柜外传至机柜内的热量：Qr=200*A ÷3=200*7÷3=467W
•柜内耗散功率为：Qi=600W
机柜所产生的总热量：Qt=Qi+Qr=600+467=1067W
•热交换器的散热能力= Qt÷ΔT×系数
•= 1067÷（45-35）×1
•=106.7W/K
选择型号为110W/K的热交换器。
注：1、此公式中的系数因使用地区环境的不同，以特定情况而定，一般为1.
2、此选型公式仅供参考！。
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Q qm ,h c p ,h (T1 T2 ) qm ,c c p ,c (t2 t1 ) KStm 解： qm ,h c p ,h t 2 t1 t 2 '20 60 20 120 70 120 T2 ' qm ,c c p ,c T1 T2
两种流体均有相变：
Q qm ,c r qm,h r ' KSt m
例
题
例5-1 夹套反应釜的内径为80cm，釜壁碳钢(=50W.m-1.K-1) 板厚8mm,衬搪瓷厚3mm (=1.0W.m-1.K-1)，夹套中通饱和 水蒸气(=10000W.m-2.K-1)加热，水蒸气温度为120℃，釜 内为有机物(=250W.m-2.K-1)，温度为80℃。求该条件下单 位面积的传热速率和各热阻占总热阻的百分数。 解：因内径0.8m≈外径0.822m,可近似作为平面壁，则
2 (T t ) 解： Q / L 2.16 k W.m 1 1 b 1 1r1 rm 2 r2
r2 r’1 r1
当1' 400时
' 当 2 20000时
Q L 3.67 k W.m 1 Q L 2.18k W.m 1
可见：提高原来已经很大的这侧流体的传热膜系数，对 总传热的影响是不大的；而降低热阻大的这侧流体的热阻， 对传热速率的提高则是有意义的。
的单程列管式换热器，用初温为10℃的水将机油由200 ℃冷却至100℃，水走管内，机油走管间。已知水和机 油的质量流量分别是1000kg/h和1200kg/h，其定压质 量热容分别为4.18kJ/(kg.K)和2.0kJ/(kg.K),水侧和 机油侧的对流传热系数分别是2000w/(m2.K)和 250w/(m2.K) 。两流体呈逆流流动(Re＞104)，忽略管 壁和污垢的热阻。 (])计算说明该换热器是否合用? (2)夏天当水的初温达到30℃时，而机油的流量及 冷却程度不变，问此时换热器是否合用?如何解决， (假设传热系数不变)。
5.3 热交换(heat exchange)的计算
教学目的：
学习总传热方程及其推导，比较不同
传热形式，并计算各种换热方式的温 差，了解强化传热过程的途径。
重点难点：
总传热方程及传热温差的计算
课
型：
理论知识
第五章 传热过程及换热器
复
习
传导传热（heat conduction): Fourier heat equation
20.2 1.10 qm 3600 37.0kg h 1 2160
例5-5 在某以一定尺寸的套管换热器中，热流体与冷流 体并流换热。热流体由120℃降到70 ℃，冷流体由20 ℃ 到60 ℃。若换热器及有关条件（流体进口温度及流量等） 不变，将并流改为逆流，求冷、热流体排出温度。可设 传热系数、物料的比容及设备的热损失不变。 T1=120 ℃ T2=70 ℃ T1=120 ℃ T’2=？ t2=60 ℃ t1=20 ℃ t’2=？ t1=20 ℃
热量衡算
换热器中冷、热两种流体进行热交换，若忽略热 损失，热流体放出的热量等于冷流体吸收的热量。
两种流体均无相变：
Q qm ,h c p ,h (T1 T2 ) qm ,c c p ,c (t2 t1 ) KStm
一种流体有相变：
Q qm ,c c p ,c (t2 t1 ) qm,h r潜热 KStm
t T t
K或℃
传热温差
定态变温传热：传热壁面各点温度不随时间而变化，
但随传热面位置不同而不同。 冷 热 并流
逆流
错流
简单折流
传热温差
并流和逆流
特点：并流 t2 T2
逆流 tt 21 T1
可能t1 2 T2
在相同的条件下(如相同的换热时间或换热面积)，逆流 传热平均温度差大于并流传热平均温度差。逆流比并流 换热更完全。并流传热温度差的前后变化比逆流剧烈。
Q qm ,h c p ,h (T1 T2 ) qm ,c c p ,c (t2 t1 ) KStm
例 要求每小时冷凝500kg乙醇蒸气,并将凝结液冷却至30C, 乙醇的凝结温度为78.5 C，凝结热为880kJ.kg-1，液体乙醇 的平均比定压热容为2.8kJ.Kg-1.K-1，乙醇蒸气在该条件下的 表面传热系数为3500W.m-2.K-1，乙醇液体的表面传热系数为 700W.m-2.K-1。冷却水（逆流）的初始温度为15 C ，排出 温度为35 C ，水的表面传热系数为1000W.m-2.K-1。管壁及 污垢层的热阻可忽略。水的比定压热容为4.2kJ.Kg-1.K-1。试 计算热交换器应有的换热面积。（先求出冷却水的用量，再 将冷凝区和冷却区分开计算） 78.5oC 78.5oC 30oC
120 T2 ' KS T1 T2 120 70 [(T '2 20) (120 t 2 ' )] / 2 39 .1 qm , h c p , h t m T '2 60.5 ℃ t '2 67.6 ℃
例:用一传热面积为3m2，由25mmk 2．5mm的管子组成
10~50 50~400 300~2000
100~300 冷凝水蒸气-沸腾轻油 500~1000 150~400 冷凝水蒸气-沸腾溶液 300~2500 800~1800 冷凝水蒸气-沸腾水 2000~4000
总传热方程：
Q KSt
二、传热温差
连续定态传热有两种情况:恒温和变温
定态恒温传热:两流体经传热面进行热交换时,沿壁 面上两流体的温度不仅不随时间变化，同时也不随 壁面的不同位置而变化。如蒸发和蒸馏。
√ 通过公式计算K √ 查取相关手册选用经验值(基于管外表面积) √ 通过实验测定K
传热系数的大致范围
换热流体 气体-气体 气体-有机物 气体-水
油-油 油-水 水-水
K/W.m-2.K-1
10~30 10~40 10~60
换热流体 冷凝水蒸气-气体 冷凝水蒸气-有机物 冷凝水蒸气-水
K/W.m-2.K-1
Q/S 1 t b
1
1
1
2
b2 0.003 0.003 2 1
1
0.0001
0.008 0.00016 1 50
b1
1
2
0.004
可见：主要热阻在搪瓷衬里和有机物这一侧。
如果忽略水蒸气和碳钢的热阻，计算结果只相差3.6%。
例5-2 在列管加热器中,20℃原油流经管内(=200W.m-2.K-1)， 管外用120℃饱和水蒸气加热(=10000W.m-2.K-1)，管子为 48mm×2mm无缝钢管(=50W.m-1.K-1)，管内油垢层厚为1mm (=1.0W.m-1.K-1)。求通过每米管长的传热速率。若将1、2 分别提高一倍，则传热速率有何变化？
1 St b 1
1
2
圆筒壁的总传热方程
＆ 圆筒壁：
T t 2L(T t ) Q 1 b 1 1 1 r 1 ln 2 1S1 S 2 S 2 1r1 r1 2 r2
或
Q
(T t ) 1 b 1 1S1 S m 2 S 2
Q 化工生产中经常用到的传 冷 热操作是热流体经管壁或 流 体 器壁向冷流体传热的过程， 湍 该过程称为间壁式热交换 流 主 或换热。 体 t T 热 流 体 湍 流 主 体
器壁
一、总传热方程
(overall heat transfer equation)
Q3 Q2 热流体T 对流 一侧壁面TW 传导 另一侧壁面tW 对流 冷流体t Q1 T Q1 1S1 (T TW ), T TW 1S1 • 冷 热 Q2 b Q2 S (TW tW ), TW tW 流 流 S b 体 体 Q3 Q3 2 S 2 (tW t ), tW t 湍 湍 2 S2 流 流 Steady state: Q1 Q2 Q3 Q 主 主 T t 体 体 总传热 Q 1 b 1 方程: t S S S
例5-4 用134℃的饱和水蒸气(304kPa)通入夹套发生冷凝,使 沸腾的甲苯气化成甲苯蒸气送往反应器, 甲苯沸点为110.6℃ (气化热363.5 kJ.kg-1),加热面为1m2,每小时气化200kg甲苯.求 传热系数K。若保温后甲苯气化过程尚有10%热损失，求水 蒸气每小时消耗量。 解: 定态:
Q1
1 1
22Leabharlann 平面壁的总传热方程总传热 方程:
＆ 平面壁:
Q T t 1 b 1 1S1 S 2 S 2
S1 S 2 S
St Q 1 b 1
KSt
1
2
t R
K——传热系数(coefficient of heat transfer) 或总传热系数，W.m-2.K-1; R——总热阻，为串联各分热阻的总和。 ＆复合平面壁： Q
传热温差
对数平均温差:
t m t1 t 2 t1 ln t 2
当t1 2t2或t2 2t1
t1 t2 tm 2
Q KSt m
热交换的计算
例5-1 套管换热器中,用一定量的热流体将另一定量的冷 流体加热。热流体温度由120℃降到70℃，冷流体由 20℃升到60℃。比较并流与逆流的传热温差。 T1=120℃ t1=20℃ 解： 并流 T2=70℃ t2=60℃ T1=120℃ t2=60℃ 逆流 T2=70℃ t1=20℃
逆流与并流传热的比较
相同条件（如相同的流体和相同的起始及最终温度）下， 逆流比并流有更大的平均传热推动力——传热温差，相 应地只要较小的换热面积。 并流换热时，冷流体受热后的极限温度只低于或接近于 热流体换热后的最终温度。逆流换热时则不受此限制， 冷流体受热后的极限温度只低于或接近于热流体的初始 温度，热流体换热后的极限温度只高于或接近于冷流体 的初始温度，热能能较充分地利用与回收，相应地只要 用较少的传热介质（加热剂或冷却剂）就可以达到要求 的传热效果。 并流传热温度差的前后变化比逆流剧烈。