热交换器计算及设计(1)
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
热交换器原理与设计
热交换器原理与设计
热交换器是一种用于传热的设备，广泛应用于工业生产、能源
领域以及日常生活中。
其作用是在两种流体之间传递热量，使它们
达到所需的温度。
热交换器的设计和运行原理对于提高能源利用效
率和保障设备安全稳定运行具有重要意义。
热交换器的原理是利用热传导的物理特性，通过将两种流体分
别置于不同的传热面上，使它们之间产生温度差，从而实现热量的
传递。
在热交换器中，传热面的设计和流体流动方式是影响传热效
率的关键因素。
此外，热交换器的设计还需要考虑流体的物性参数、流体流速、传热面积以及传热介质的选择等因素。
在热交换器的设计过程中，首先需要确定传热的需求，包括传
热量、传热温差等参数。
然后根据流体的性质和工艺要求选择合适
的传热面积和传热介质。
接下来是热交换器内部结构的设计，包括
传热面的布置方式、流体流动路径的设计等。
最后是对热交换器的
整体结构进行设计，包括支撑结构、连接方式、绝热措施等。
热交换器的设计需要综合考虑传热效率、成本、占地面积等因素。
为了提高传热效率，可以采用增加传热面积、改善流体流动方
式、优化传热介质等措施。
在降低成本方面，可以通过材料选择、结构设计等途径进行优化。
此外，合理设计热交换器的结构，可以减小占地面积，提高设备的整体性能。
总的来说，热交换器的设计是一个综合考虑传热效率、成本和结构合理性的工程问题。
通过科学合理的设计，可以提高能源利用效率，降低生产成本，保障设备的安全稳定运行。
因此，热交换器的设计对于工业生产和生活中的能源利用具有重要的意义。
第1章 热交换器热计算的基本原理
§1.2 平均温差
dt1dt2 M 1 1c1M 1 2c2 d d
dkdAxt
d tx d k d A x t
dt t
kdAx
tx t
dt t
k0AxdAx
lntx t
kAx
tx te x p ( k A x ) te - k A x 当地温差随换热
tm 1 A 0 A tx d A x 1 A 0 A te x p (k A x )d A x面积呈指数变化
流体温度分布
§1.2 平均温差
定义和分类
QKF tm
定义 指整个热交换器各处温差的平均值。用 tm 表示。
分类
算术平均温差 对数平均温差 积分平均温差
1 tm2(tma xtmi)n
tmln tm tam xax/tm tm inin
流体比热变化时一种分 段计算平均温差的方法
§1.2 平均温差
§1.1 热交换器的热计算基本方程式
热计算的类型： 设计性热计算：设计一个新的换热器 目的：确定换热器传热面积
校核性热计算：校核设计出的换热器是否达标 目的：确定流体出口温度，考察非设计工况下性能
得到传热量、流体进出口 温度、传热系数、传热面 积及其相互之间关联性。
传热方程 热平衡方程
§1.1 热交换器的热计算基本方程式
t
h dth t h
tc dtc t c
t c
§1.2 平均温差
简单顺流换热器的对数平均温差
已知冷热流体的进出口温度，在图中换 热器传热面任一位置 x 处，取微元换热 面dAx，考虑其换热量
微元面dAx内，两种流体换热量为：
dkdAxt
对于热流体和冷流体
d M 1 c 1 d t1 d t 1 d /M 1 c 1 d M 2 c 2 d t2 d t2 d /M 2 c 2
化工原理换热器课程设计(1)
重庆理工大学化工原理课程设计说明书题目：柴油预热原油的管壳式换热器学生班级：113150202学生姓名：余毛平学生学号：11315020232指导教师：白薇扬化学化工学院2016 年 7 月 4 日目录1.设计任务书 (1)2.概述 (2)3.设计条件及物性参数表 (2)4.方案设计和拟定 (3)5.设计计算 (7)6.参考文献 (11)1．设计任务书1.1设计题目用柴油预热原油的管壳式换热器1.2设计任务1.查阅文献资料，了解换热设备的相关知识，熟悉换热器设计的方法和步骤；2.根据设计任务书给定的生产任务和操作条件，进行换热器工艺设计及计算；3.根据换热器工艺设计及计算的结果，进行换热器结构设计；4.以换热器工艺设计及计算为基础，结合换热器结构设计的结果，绘制换热器装配图；5.编写设计说明书对整个设计工作的进行书面总结，设计说明书应当用简洁的文字和清晰的图表表达设计思想、计算过程和设计结果。
1.3操作条件2.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。
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;另一种流体则温度较低,吸收热量在化工、石油、动力、制冷、食品等行业中广泛使用各种换热器,它们也是这些行业的通用设备,并占有十分重要的地位。
随着换热器在工业生产中的地位和作用不同，换热器的类型也多种多样，不同类型的换热器也各有优缺点，性能各异。
列管式换热器是最典型的管壳式换热器，它在工业上的应用有着悠久的历史，而且至今仍在所有换热器中占据主导地位。
3.设计条件及物性参数表3.1操作条件原油：入口温度60℃出口温度105℃质量流量：41416 kg/h加热介质柴油：入口温度170℃ 出口温度T2 质量流量：35320kg/h允许压降：不超过0.3×105Pa3.2物性参数表4.方案设计和拟订根据任务书给定的冷热流体的温度，来选择设计列管式换热器中的浮头式换热器；再依据冷热流体的性质，判断其是否易结垢，来选择管程走什么，壳程走什么。
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)
计算换热器的主要部件的尺寸，如管子的直径、长 度、根数、壳体的直径，折流板的尺寸和数目，分 程隔板的数目和布置，接管尺寸等。
(3) 流动阻力计算
包括管程和壳程的阻力，为选择泵和风机提供依据 或校核其是否超过允许的数值。 (4) 强度计算
能源与动力工程教研室
能源与动力工程教研室
能源与动力工程教研室
➢ 简单顺流时的对数平均温差 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。 下标1、2分别代表热冷流体。 上标1撇和2撇分别代表进出口
能源与动力工程教研室
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：
考虑热损失时，
Q1L Q2
ηL—对外热损失系数，取0.97~0.98
能源与动力工程教研室
1.2 平均温差
1.2.1 流体的温度分布
右图为流体平行流动时温度分布
上节回顾
➢ 什么是热交换器 在工程中，将某种流体的热量以一定的传热方式传 递给其他流体的设备。
能源与动力工程教研室
➢ 分类简介： 按传递热量的方法来分：
量之比，R>1，R=1,或者 R<1。
则: 可t1m以,c 表示为P 和 R及
的函数
t1m,c
R
1
t
2
t
2
ln 1 P
1 PR
能源与动力工程教研室
(t2 t1)
为了简化 的计算，引入两辅助参数：
p t2 t2 t1 t2
冷流体的加热度 两种流体的进口温差
1化工原理课程设计(换热器)解析
一、设计题目：设计一台换热器二、操作条件：1、煤油：入口温度140℃，出口温度40℃。
2、冷却介质：循环水，入口温度35℃。
3、允许压强降：不大于1×105Pa。
4、每年按330天计，每天24小时连续运行。
三、设备型式：管壳式换热器四、处理能力：114000吨/年煤油五、设计要求：1、选定管壳式换热器的种类和工艺流程。
2、管壳式换热器的工艺计算和主要的工艺尺寸设计。
3、设计结果概要或设计结果一览表。
4、设备简图（要求按比例画出主要结构及尺寸）。
5、对本设计的评述及有关问题的讨论。
第1章设计概述1、1热量传递的概念与意义[1](205)1、1、1 传热的概念所谓的传热（又称热传递）就是间壁两侧两种流体之间的热量传递问题。
由热力学第二定律可知，凡是有温差存在时，就必然发生热量从高温处传递到低温处，因此传热是自然界和工程技领域中极普遍的一种传递现象。
1、1、2 传热的意义化工生产中的很多过程和单元操作，都需要进行加热和冷却，如：化学反应通常要在一定的温度进行，为了达到并保持一定温度，就需要向反应器输入或输出热量，又如在蒸发、蒸馏、干燥等单元操作中，都要向这些设备输入或输出热量。
所以传热是最常见的重要单元操作之一。
无论是在能源，宇航，化工，动力，冶金，机械，建筑等工业部门，还是在农业，环境等部门中都涉及到许多有关传热的问题。
此外，化工设备的保温，生产过程中热能的合理利用以及废热的回收利用等都涉及到传热的问题，由此可见；传热过程普遍的存在于化工生产中，且具有极其重要的作用。
归纳起来化工生产中对传热过程的要求经常有以下两种情况：①强化传热过程，如各种换热设备中的传热。
②削弱传热过程，如设备和管道的保温，以减少热损失。
1、2 换热器的概念与意义[2]1、2、1 换热器的概念在不同温度的流体间传递热能的装置称为热交设备，简称为换热器。
在换热器中至少要有两种不同的流体，一种流体温度较高，放出热量：另一种流体则温度较低，吸收热量。
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
板翅式换热器(1)
0 F 1 F F 0 2f F 1 F 2 F F 0 2 F 2f 1 F F 0 2( 1 f)
又因： F2F0F1F0x xyF0
因此： F2 1 x y
F0
xy xy
所以： 0 1xyy(1f )
由于F 2 / F 0总是小于1，所以表面效率 0 总是大于
2）液体沸腾侧的给热系数
有关板翅式换热器的两相流给热系数的计算过 去所做的工作较少，只能使用单管的计算公式来近 似地计算冷凝、沸腾和多组分系统的给热系数。
所以液体在核态沸腾时，其给热系数可以按下 式计算：
b0.26Cs2D L e(CLLL)0.69 ( q HD eL)0.69 (pD e)0.31 (
板翅式换热器中常用斯坦顿准数，其计算公式 如下：
StC pG Stj/Pr2/3
CpG
式中：
j Pr2/3
CpG
-流体的给热系数，W/m2•K St-斯塔顿准数（无因次）
C p -流体的定压比热，J/kg•K Pr-普兰特准数（无因次）
G-流体的质量流速，kg/m2•s j -传热因子（无因次）
板翅式换热器设计
Plate-fin Heat Exchanger
二零零五年七月
本章主要内容
一、绪论 二、板翅式换热器的结构 三、板翅式换热器的设计计算 四、板翅式换热器的流动阻力计算 五、板翅式换热器的强度计算 六、板翅式换热器的制造工艺
本章学习重点 （1）了解板翅式换热器的基本型式及结构 （2）能应用基本传热公式对板翅式换热器进行设计计算
§ 3-1 绪论
1 发展概述
二十世纪三十年代，英国的马尔斯顿·艾克歇尔 瑟（Marston Excelsior）公司首次开发出铜及铜合金 制板翅式换热器，并将其用作航空发动机散热器。
换热器(1)
第七节换热器换热器是化工、石油、动力、食品及其它许多工业部门的通用设备，在生产中占有重要地位。
根据冷、热流体热量交换的原理和方式换热器基本上可分为三大类，即间壁式、混和式和蓄热式。
其中间壁式换热器应用最多，以下仅讨论此类换热器。
4-7-1 间壁式换热器的类型传统的间壁式换热器以夹套式和管式换热器为主，管式换热器结构不紧凑；单位换热容积所提供的传热面积小。
随着工业的发展，出现了一些高效紧凑的换热器，如板式和强化管式换热器。
一、管式换热器（一）蛇管换热器蛇管换热器分为两种，一种是沉浸式，另一种是喷淋式。
1．沉浸式蛇管换热器这种换热器是将金属管弯绕成各种与容器相适应的形状（如图4-35）并沉浸在容器内的液体中。
蛇管换热器的优点是结构简单，能承受高压，可用耐腐蚀材料制造；其缺点是容器内液体湍动程度低，管外对流传热系数小。
为提高总传热系数，容器内可安装搅拌器。
2．喷淋式蛇管换热器这种换热器是将换热管成排地固定在钢架上，如图4-36，热流体在管内流动，冷却水从上方喷淋装置均匀淋下，故也称喷淋式冷却器。
喷淋式换热器的管外是一层湍动程度较高的液膜，管外对流传热系数较沉浸式增大很多。
另外，这种换热器大多放置在空气流通之处，冷却水的蒸发亦可带走一部分热量，可起到降低冷却水温度、增大传热推动力的作用。
因此，和沉浸式相比，喷淋式换热器的传热效果大为改善。
（二）套管式换热器套管式换热器系用管件将两种尺寸不同的标准管连接成为同心圆的套管，然后用180°的回弯管将多段套管串联而成，如图4-37所示。
每一段套管称为一程，程数可根据传热要求而增减。
每程的有效长度为4~6m，若管子太长，管中间会向下弯曲，使环形中的流体分布不均匀。
图4-35 蛇管的形状图4-36 喷淋式换热器1―弯管2―循环泵3―控制阀图4-37 套管式换热器套管换热器结构简单，能承受高压，应用方便（可根据需要增减管段数目）。
特别是由于套管换热器同时具备总传热系数大、传热推动力大及能够承受高压强的优点，在超高压生产过程（例如操作压力为300MPa的高压聚乙烯生产过程）中所用的换热器几乎全部是套管式。
蒸汽供热(空调)换热站主要参数计算一例
蒸汽供热(空调)换热站主要参数计算一例1. 引言蒸汽供热(空调)换热站是一种重要的能源设备，通过热交换实现能量的传递，起到加热或冷却的作用。
本文将介绍一例蒸汽供热(空调)换热站主要参数的计算方法。
2. 计算方法2.1. 主要参数蒸汽供热(空调)换热站的主要参数有：- 进口蒸汽温度：Tin（摄氏度）- 出口蒸汽温度：Tout（摄氏度）- 进口冷水温度：Tcin（摄氏度）- 出口冷水温度：Tcout（摄氏度）- 进口热水温度：Thwin（摄氏度）- 出口热水温度：Thwout（摄氏度）- 进口冷冻水温度：Tcin（摄氏度）- 出口冷冻水温度：Tcout（摄氏度）2.2. 热量计算蒸汽供热(空调)换热站的热量计算公式如下：- 进口蒸汽质量流量：G（千克/小时）- 进口冷水质量流量：Gcw（千克/小时）- 进口热水质量流量：Ghw（千克/小时）- 进口冷冻水质量流量：Gcdw（千克/小时）- 热量传递量：Q（千瓦）热量传递量Q的计算公式为：Q = G * (1.006 * (Tout - Tin) + 4.184 * (Tcout - Tcin) + 4.184 * (Thwout - Thwin) + 4.184 * (Tcin - Tcout))其中，1.006表示水的比热容（kJ/kg·℃），4.184表示水的比热容（kJ/kg·℃）。
2.3. 能量平衡计算蒸汽供热(空调)换热站的能量平衡计算公式如下：Q = Gcw * (4.184 * (Tout - Tcin) + 4.184 * (Thwout - Thwin) + 4.184 * (Tcin - Tcout)) + Gcdw * (4.184 * (Tout - Tcin) + 4.184 * (Thwout - Thwin) + 4.184 * (Tfout - Tcout))其中，Tfout为冷冻水的冷凝温度。
3. 示例计算假设现有一台蒸汽供热(空调)换热站，其主要参数如下：- Tin = 100℃- Tout = 80℃- Tcin = 30℃- Tcout = 40℃- Thwin = 60℃- Thwout = 70℃- Tcdin = 10℃- Tcdout = 0℃根据上述参数，可以计算出热量传递量Q和能量平衡。
热交换器原理与设计
热交换器原理与设计热交换器是一种广泛应用于工业生产和生活领域的热传递设备，其原理和设计对于提高能源利用效率和改善环境保护具有重要意义。
热交换器的工作原理主要是利用流体之间的热量传递，通过热传导、对流和辐射等方式，实现热量的传递和平衡。
在设计热交换器时，需要考虑流体的性质、流动状态、传热面积和传热系数等因素，以达到最佳的传热效果。
首先，热交换器的原理是基于热量传递的基本规律，即热量会自高温区流向低温区，直至两者温度相等。
这一原理是热交换器能够实现热量传递的基础，也是设计热交换器时需要遵循的核心原则。
通过合理的设计和优化，可以最大限度地提高热交换器的传热效率，从而节约能源和降低生产成本。
其次，热交换器的设计需要考虑流体的性质和流动状态。
不同的流体具有不同的传热特性，包括传热系数、比热容、粘度等，这些参数对于热交换器的设计和选择具有重要影响。
同时，流体的流动状态也会影响传热效果，包括流速、流态、流向等因素都需要在设计中进行充分考虑，以确保热交换器能够实现预期的传热效果。
另外，传热面积是影响热交换器传热效果的重要因素之一。
通过增大传热面积，可以增加热交换器与流体之间的热量交换，从而提高传热效率。
在设计热交换器时，需要根据实际工况和传热要求确定合适的传热面积，同时考虑传热面积的布置方式和结构形式，以实现最佳的传热效果。
最后，传热系数是评价热交换器传热效果的重要参数之一。
传热系数受到多种因素的影响，包括流体性质、流动状态、传热面积和传热方式等。
在设计热交换器时，需要通过合理的布置和优化结构，以提高传热系数，从而实现更高效的热量传递。
总之，热交换器的原理和设计是一个复杂而又重要的课题，需要综合考虑流体性质、流动状态、传热面积和传热系数等因素，以实现最佳的传热效果。
通过深入研究和不断优化，可以不断提高热交换器的性能，为工业生产和生活提供更加高效和环保的热传递解决方案。
(整理)板式换热器的计算方法[1]
![(整理)板式换热器的计算方法[1]](https://img.taocdn.com/s3/m/07ecc754ddccda38366baf01.png)
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T2 = 热侧出口温度t1 = 冷侧进口温度t2= 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：（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；m h,m c-----热、冷流体的质量流量，kg/s；C ph,C pc------热、冷流体的比定压热容，kJ/(kg·K)；T1,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：一侧有相变化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。
对于过冷或过热物流发生相变时的热流量衡算，则应按以上方法分段进行加和计算。
对数平均温差(LMTD)对数平均温差是换热器传热的动力，对数平均温差的大小直接关系到换热器传热难易程度.在某些特殊情况下无法计算对数平均温差,此时用算术平均温差代替对数平均温差，介质在逆流情况和在并流情况下的对数平均温差的计算方式是不同的。
换热器热量计算
换热器热量及面积计算一、热量计算1、一般式Q=Qc=QhQ=Wh（Hh,1- Hh,2）= Wc（Hc,2- Hc,1）式中：Q为换热器的热负荷，kj/h或kw；W为流体的质量流量，kg/h；H为单位质量流体的焓，kj/kg；下标c和h分别表示冷流体和热流体，下标1和2分别表示换热器的进口和出口。
2、无相变化Q=Whcp,h(T1-T2)=Wccp,c(t2-t1)式中：cp为流体平均定压比热容，kj/(kg.℃)；T为热流体的温度，℃；t为冷流体的温度，℃。
3、有相变化a.冷凝液在饱和温度下离开换热器，Q=Whr = Wccp,c(t2-t1)式中：Wh为饱和蒸汽（即热流体）冷凝速率（即质量流量）（kg/s）r为饱和蒸汽的冷凝潜热（J/kg）b.冷凝液的温度低于饱和温度，则热流体释放热量为潜热加显热Q=Wh[r+cp,h（Ts-Tw）] = Wccp,c(t2-t1)式中：cp,h为冷凝液的比热容（J/（kg/℃））；Ts为饱和液体的温度（℃）二、面积计算1、总传热系数K管壳式换热器中的K值如下表：注：1 w = 1 J/s = 3.6 kj/h = 0.86 kcal/h1 kcal = 4.18 kj2、温差（1）逆流热流体温度T：T1→T2冷流体温度t：t2←t1温差△t：△t1→△t2△tm=（△t2-△t1）/㏑（△t2/△t1）（2）并流热流体温度T：T1→T2冷流体温度t：t1→t2温差△t：△t2→△t1△tm=（△t2-△t1）/㏑（△t2/△t1）对数平均温差，两种流体在热交换器中传热过程温差的积分的平均值。
( 恒温传热时△t=T-t，例如：饱和蒸汽和沸腾液体间的传热。
)对数平均温差因为在冷凝器板换一系列的换热器中温度是变化的为了我们更好的选型计算所以出来一个相对准确的数值,当△T1/△T2>1.7时用公式：△Tm=（△T1-△T2）/㏑（△T1/△T2）.如果△T1/△T2≤1.7时，△Tm=（△T1+△T2）/2二种流体在热交换器中传热过程温差的积分的平均值。
第1章_热交换器基本原理【《热交换器原理与设计》课件】
逆流
1.2 平均温差
对顺、逆流的传热温差分析，作如下假设：
1. 冷热流体的质量流量和比热保持定值； 2. 传热系数是常数； 3. 热交换器没有热损失； 4. 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。
要计算整个换热的平均温差，首先需要知道 温差随换热面的变化，即 Δtx= f(Fx)，然后再沿 整个换热面积进行平均。
过冷
t1″ t2′
t1′ t2″
放热
过热 沸腾
t1′
部分冷凝
t1″
吸热
t2″
吸热
t1″ t2′
t2′
g ：一种流体有相变
h：可凝蒸气和非凝结性 气体混合物的冷凝
1.2.2 顺流、逆流下的平均温差
以顺流为例：已知冷热流体的进出口温度， 针对微元换热面dF一段的传热，温差为：
Δt=t1 – t2
→
dΔt=dt1 – dt2
Fx dΔt μk dF 0 Δt
dΔt μkdF Δt
Δtx ln μkFx Δt
Δtx
Δt
Δtx Δt e
μkFx
Δtx Δt e
Δt Δt e
"
μkFx
当 Fx = F 时，Δtx =Δt"
μkF
1 1 μ W1 W2
' 2
热容量：
W = M· C
(W/℃)
Q = W1 · Δt1 =W2 · Δt2
W1 Δt2 W2 Δt1
平行流：顺流和逆流
Hot fluid Cold fluid
Hot fluid Cold fluid
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）：
全热交换效率计算公式(一)
全热交换效率计算公式(一)
全热交换效率计算公式和解释说明
1. 全热交换效率的定义
全热交换效率是用来评估热交换器性能的指标，表示热交换器实际实现的热量传递量与理论最大可能的热量传递量之间的比值。
2. 全热交换效率计算公式
全热交换效率（η）的计算公式如下：
η = (Qr / Qm) × 100%
其中，Qr表示实际实现的热量传递量，Qm表示理论最大可能的热量传递量。
3. 样例解释
下面举例说明全热交换效率的计算过程：
假设一个热交换器的理论最大可能的热量传递量Qm为1000W，实际实现的热量传递量Qr为800W。
根据上述计算公式，可以计算该热交换器的全热交换效率：
η = (800W / 1000W) × 100% = 80%
因此，该热交换器的全热交换效率为80%。
4. 总结
全热交换效率是评估热交换器性能的重要指标，通过计算实际实现的热量传递量与理论最大可能的热量传递量之间的比值得出。
通过该指标，可以评估热交换器的实际热量传递效果。
换热器综合实验报告(一)
换热器综合实验报告1. 实验目的
- 了解换热器的工作原理
- 掌握换热器的性能测试方法
- 分析不同换热器的性能特点
2. 实验设备
- 实验台
- 热交换器
- 流量计
- 温度传感器
- 压力表
3. 实验步骤
- 连接实验设备
- 开启流体循环
- 测量冷热流体的温度、流量和压力
- 记录数据
4. 实验数据分析
- 计算传热系数
通过测量的温度、流量和压力数据，计算出换热器的传热系数，从而评估其性能。
- 绘制性能曲线
根据实验数据绘制出换热器的性能曲线，分析不同工况下的换热器性能表现。
5. 结果与讨论
- 分析实验数据
通过数据分析，得出不同换热器在不同工况下的传热效率和压降情况。
- 总结性能特点
比较不同换热器的性能特点，找出其优劣之处，为工程应用提供参考。
6. 实验结论
- 总结实验结果
根据实验数据和分析结果，得出对不同换热器性能的评价和总结。
7. 实验心得
- 对实验过程的感悟
通过本次实验，我对换热器的工作原理和性能表现有了更深入的了解，同时也掌握了相关的实验方法和数据处理技巧。
通过以上详细的实验报告，我们对换热器的性能测试方法和实验过程有了更清晰的认识，也为今后的工程实际应用提供了参考依据。
热交换器设计过程
热交换器设计过程热交换器在很多领域那可都是相当重要的存在呢。
就好比是一个超级中间人，在不同温度的流体之间牵线搭桥，让热量能够愉快地从一个地方跑到另一个地方。
那设计热交换器的时候啊，咱得先好好琢磨琢磨热交换的原理。
这就像是你要做一道特别复杂的菜，得先把做菜的基本方法搞清楚一样。
热传递有三种方式，传导、对流和辐射。
在热交换器里啊，传导和对流用得特别多。
你得想啊，热就像一群调皮的小蚂蚁，在不同的材料里到处乱窜，不同的材料呢，就像不同的小路，有的小路宽敞好走，热传递就快，有的小路狭窄崎岖，热传递就慢。
热交换器的类型也是多种多样的。
像管壳式热交换器，就像是住在公寓里，一个个小管子就像一个个小房间，一种流体在小房间里待着，另一种流体就在小房间外面晃悠，热量就在这内外之间悄悄传递了。
还有板式热交换器呢，这就像是一摞摞的小薄板拼凑在一起，两种流体就在薄板之间进行热量的交换，感觉就像两个人隔着一层薄薄的纱巾在传递温暖一样。
在设计的时候啊，计算那是必不可少的。
你得算出需要交换多少热量，这就像你出门旅行，得知道自己要带多少钱才够花一样。
要考虑流体的流量、温度的变化等等。
流量大的流体啊，就像是汹涌的河流，带着大量的热量，你得根据这个来确定热交换器的大小和结构。
温度变化呢，就像是爬山的高度差，温差越大，热量交换的动力就越大。
热交换器的材料选择也很关键。
这就好比给人挑衣服，不同的场合得穿不同的衣服。
如果是高温的环境，那材料就得能扛得住高温，就像消防员的防火服一样，要耐高温。
如果是腐蚀性的流体呢，材料就得像超级英雄一样，能够抵御腐蚀。
而且材料的导热性也很重要，导热性好的材料，热传递就像闪电一样快。
热交换器的结构设计也不能马虎。
这就像盖房子，布局得合理。
通道的大小啊，要能让流体顺利通过，不能太窄了，不然流体就像堵车一样，走得磕磕绊绊的，热量交换也不顺畅。
还有就是热交换器的紧凑性，要在有限的空间里实现最大的热量交换效率，这就像在小小的行李箱里装下尽可能多的东西一样。
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教师：王勤辉/余春江
2012年2月
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课程信息
学分: 1.5 教材：《电站锅炉原理》容銮恩，袁镇福等，
中国电力出版社 主要参考书：
《管壳式换热器的分析与计算》潘纪红，田茂诚 编著，科学出版社，1996
《锅炉原理及计算》（第二版）冯俊凯，沈幼庭 主编，科学出版社，1992
《锅炉例题习题集》贾鸿祥编，水利电力出版社， 1990
《换热器设计、运行及CAD系统》刘燕春编著， 冶金工业出版社，1998
教师联系方式：
王勤辉 Tel：87952802 qhwang@ 余春江 Tel：87952801
chunjiang@zju.e可d整u理p.pct n
蓄热室原理
按照热量传输方式划分
流体耦合间接式 由两台间壁式换热
器组成，他们之间通过 某种传热介质（水或者 液态金属）的循环耦合 在一起。
冷热流体换热面不直接耦 合使换热器形体设计比较 方便；
有利于紧凑的机械布置
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热管换热
间壁式换热器
换热过程物理概念清晰，纯粹的传热。其 生产经验、分析研究和计算方法比较完整 和丰富，其他两种换热器的计算往往要部 分或大部分引用间壁式换热器的计算设计 方法
热交换器的重要性
在工程中，将某种流体（介质）的热量以一定的 传热方式传递给他种流体（介质）的设备，称为 热交换器
至少有两种温度不同的流体参与传热 传热为主要过程（目的）
热交换器在工业生产中极为普遍
锅炉设备中。。。 电厂热力系统中。。。 轧钢工艺中的空气煤气预热器、制冷机中的冷凝器、
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。。
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。
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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
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换热器相关深入研究的领域
强化传热机理和新型换热器的研制 流体热物性的研究 制造材料和防腐技术研究 结垢机理和防垢技术研究 振动和防振措施的研究 测试技术研究 热交换器CAD设计、自动设计、模拟和系
统与设备的优化等
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本课程关注的内容
常规热交换器类型、原理，基本设计思路 作为一门能源与环境工程专业的专业课，着重以
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
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按照流动方向的分类
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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
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凝汽式燃煤电厂生产过程
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凝汽部分换热过程
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低压加热器
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除氧器换热过程
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高压加热器
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省煤器
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过热器
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空预器
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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，
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气体冷却塔 热水加热
按照热量传输方式划分
蓄热式换热器（回热式）
换热器中也有固体壁
面，但是两种流体并非同 时，而是轮流地与壁面接 触，当热流体流过时，把 热量蓄于壁内，其温度逐 渐升高，而当冷流体流过 时，壁面放出热量，其温 度逐渐降低，如此反复进 行，以达到热交换的目的。
蓄热换热器
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优点是结构简单、制造、 修理、清洗方便，换热系 数通常大于沉浸式，加上 管外的蒸发气化及空气也 能吸收部分热量，传热效 果好
间壁式换热器 冷流体和热流体之
间有一固体壁面，一 种流体恒在壁面的一 侧流动，而另一种流 体在他侧流动，两种 流体不直接接触，热 量通过壁面进行传递
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按照热量传输方式划分
混合换热器（直接接 触式换热器） 这种换热器内依靠 热流体和冷流体的直 接接触而进行换热， 理论上混合流体均匀 地处于同温同压下离 开换热器，换热效率 最高，但是冷热流体 的混合使应用受限制。
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
备尤为重要） 流动阻力低，热交换器的动力消耗小 其他工艺要求的特殊能力
ห้องสมุดไป่ตู้可整理ppt
热交换器研究的背景科学
和传热学的密切联系和互动
热交换器发展为传热学提供日益深广的课题 传热学为热交换器发展提供理论基础和设计方法
换热器的研究不局限于传热学研究，从换热 器的原理、设计到测试构成了自己独特的内 容体系，除了传热学，还包括流体力学、工 程力学、化学、材料力学以及设计方法、设 备结构、测试技术、计算和优化技术等方面 的内容
电站锅炉为主要对象介绍锅炉设备工作过程中所 涉及热交换器相关内容
掌握锅炉设备工作过程中所涉及的相关知识如燃料特 性及其燃烧产物的计算等
掌握有关锅炉热平衡计算以及整体设计的基本知识 掌握锅炉的热力计算的基本方法，包括炉膛和对流受
热面等热交换部件的计算方法 在掌握锅炉的设计与计算方法的基础上，理解各类热
交换器的设计与计算方法。
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热交换器设计与计算的基本原理
热交换器原理、形式 热交换器设计及计算的重要性 各类热交换器传热计算分析
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换热器分类
按照用途分类：预热器、冷却器、冷凝器、 蒸发器
按照制造材料分类：金属换热器、陶瓷换 热器、石墨换热器等
按照冷流体和热流体的流动方向分：顺流 式、逆流式、错流式、混合流等
冷热流体相互之间不掺混，满足绝大多数 工业过程的要求，是应用最为广泛的换热 器类型
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间壁式换热器类型
按照传热壁面的形状 间壁式换热器可分
管式热交换器 板式热交换器
夹套式热交换器
其他异形传热面组成的 特殊类型换热器
板式
板式换热器流向示意图
夹套换热器
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螺旋板
管式热交换器类型 －沉浸式热交换器