管壳式热交换器设计全解1分解
第2章管壳式热交换器
（2） U形管式换热器
U形管式换热器 1.中间挡板；2.U形换热管；3.排气口；4.防冲板；5.分程隔板
U形管式换热器
图U型7-管6 式U换形热管器式换热器
优点：结构简单，价格便宜，承受能力强，不会产生热应力。 缺点：布板少，管板利用率低，管子坏时不易更换。 适用场合：特别适用于管内走清洁而不易结垢的高温、高压、 腐蚀性大的物料。
第二章 管壳式热交换器
间壁式热交换器
管式热交换器 管壳式、套管式、螺旋管式等
板式热交换器 延伸表面热交换器 蓄热式热交换器
管壳式换热器
2.1 管壳式换热器的分类 基本类型 固定管板式换热器 U形管式换热器 浮头式换热器 填 1—封头；2—法兰；3—排气口；4—壳体；5—换热管；6—波形膨胀 节；7—折流板（或支持板）；8—防冲板；9—壳程接管；10—管板； 11—管程接管；12—隔板；13—封头；14—管箱；15—排液口；16—定距
减少污垢的沉积和腐蚀的产生，提高了换热器的使 用寿命。
三、管壳式换热器的标准
◆ GB151—1999《管壳式换热器》
国家技术监督局发布的关于管壳式换热器的国家标 准，是管壳式换热器设计和制造的主要依据。
◆ 标准代号为JB／T4714～4720－92
对浮头式换热器和冷凝器、固定管板式换热器、 立式热虹吸式重沸器及U形管式换热器的具体结构形 式、基本参数及其组合都作了具体的规定(定型)。
换热器的型号表示法
满液式蒸发器--管程:载冷剂;壳程:制冷剂
干式蒸发器--管程:制冷剂;壳程:载冷剂
离心式和螺杆式冷水机组中, 蒸发器的型式主要是满
液式蒸发器和干式蒸发器两种。
管壳式热交换器讲解
目录1、设计任务及要求........................................2、设计方案的确定及流程说明...................... 2.1管壳式换热器的型式............................2.2换热器的流程................................2.3换热器的流程图 ................................3、换热器设计................................3.1确定物性数据............................3.2计算平均温差3.3计算热负荷3.4估算传热面积................................4、工艺结构尺寸..................................4.1选管子规格............................4.2总管数和总管程数............................4.3确定管子在管板上的排列方式.....................4.4管壳内径的确定.....................4.5绘管板布置图确定实际管子数目.....................4.6折流板的计算.....................4.7其他附件.....................4.8接管.....................5、管壳式换热器的核算.............................5.1传热温差的校正.....................5.2总传热系数K的计算.....................5.3传热面积校核.....................5.4壁温的计算.....................5.5阻力计算和核算压力降.....................6、设计成果总表..........................................7 分析讨论..................................8、换热器的设计图纸..................................9.、参考文献............................换热器课程设计任务书一、设计题目：设计一台换热器二、操作条件：1、苯：入口温度90℃，出口温度40℃。
管壳式换热器的课程设计
避免选用不合适的材料导致设备损坏 或安全事故；注意材料的兼容性和与 其他材料的接触情况；考虑材料的可 加工性和安装维护的便利性。
04
管壳式换热器的优化设计
传热效率优化
01
传热效率
通过选择合适的材料、优化管程和壳程流体的流速和温度，以及采用强
化传热技术，如增加翅片、改进管子形状等，提高换热器的传热效率。
管件与结构
优化换热器内部的管件和 结构，减少流体流动过程 中的局部阻力，降低压力 损失。
结构强度优化
1 2
应力分析
对换热器进行详细的应力分析，确保其在正常操 作条件下具有足够的结构强度和稳定性。
材料选择
根据使用条件和要求，选择合适的材料和厚度， 以提高换热器的结构强度和耐腐蚀性。
3
支撑与固定
合理设计换热器的支撑和固定结构，以减小应力 集中和振动，提高其结构强度和使用寿命。
新材料与新技术的应用
新型材料
采用高导热性能的复合材料、纳米材料等，提高换热器的传热效率。
新型涂层
利用先进的涂层技术，如陶瓷涂层、金属氧化物涂层等，增强换热器的抗腐蚀和 耐磨性能。
节能减排与环保要求
高效节能
研发低能耗的换热器，优化换热器结构，降低运行过程中的能源消耗。
环保设计
采用无毒、无害的材料，减少换热器对环境的影响，同时对换热器产生的废弃物进行环保处理。
能源与动力工程领域的应用
发电厂
管壳式换热器可用于加热和冷却发电厂中的各种 流体，如锅炉给水、凝结水和冷却水等。
船舶工程
在船舶工程中，管壳式换热器可用于船舶发动机 的冷却和加热，以及生活用水的加热和冷却。
采暖系统
在供暖系统中，管壳式换热器可用于将热量从热 源传递到水中，为建筑物提供热水供暖。
第2章 管壳式热交换器
Review and Forecast on MSW Incineration in China
热交换器原理与设计 第二章：管壳式热交换器
南京师范大学 能源与机械工程学院
中国·城市建设研究院
1
China Urban Construction Design & Research Institute
2.1.1 类型与标准
管壳式热交换器的主要类型
固定管板式热交换器
结构分类
浮头式热交换器 U形管式热交换器
填料函式热交换器
南京师范大学 能源与机械工程学院 4
Nanjing Normal University (NJNU) , School of Energy and Mechanical Engineering
Nanjing Normal University (NJNU) , School of Energy and Mechanical Engineering
2.1.1 类型与标准
分类： (3)浮头式热交换器
缺点：浮头盖与管板法兰连接面积较大，壳体直径增加，在管束与 壳体之间形成阻力较小的环形通道，部分流体由这里通过不参加换 热。形成短路。结构较复杂，造价高，易发生内漏。
2.1.1 类型与标准
分类： (1)固定管板式热交换器
特点：结构简单，重量轻，在壳程程数相同的条件下,可排的管数比较多， 壳程不能够检修和清洗，当产生热膨胀时使接口脱开，发生流体的泄漏。
南京师范大学 能源与机械工程学院 5
Nanjing Normal University (NJNU) , School of Energy and Mechanical Engineering
结构特点:管板只有一端与壳体固定连接，另一端采 用填料函密封，可在调料函中滑动，浮头露在壳体 外面，又称为外浮头式热交换器。管束可以自由伸 缩，不会因壳壁和管壁的温差而产生温差应力。
管壳式热交换器设计全解
1 4 1 4
23 23
1 4 2 2
44
1 4 2 2
1×4表示甲流体为单流程、四通道 2×2表示乙流体为两流程、两通道
b 密封垫圈
密封作用，防止介质漏出（外漏）
在两板片间造成一定的间隙，形成介质的流道（内漏）
高效就是换热效率高，结构紧凑 即在增加换热器的传热面积的同 时，也要减小换热器的体积 “紧凑性”—热交换器的单位体 积中所包含的传热面积的大小， m2/m3 紧凑式热交换器：>700m2/m3 非紧凑性热交换器：<700m2/m3
3
第一节 螺旋板式热交换器
螺旋板式换热器
螺旋板式换热器由两块金属薄板焊接在一块分隔板上并卷制成螺 旋状而构成的。卷制后，在器内形成两条相互隔开的螺旋形通道， 在顶、底部分别焊有封头和两流体进出口接管。其中有一对进出 口接管是设在园周边上，而另一对进出口则设在圆鼓的轴心上。 换热时，冷、热流体分别进入两条通道，在器内作严格的逆流流 动。 4
具有的共同特点
位缺口； ⑥板片组装后保持流道一定的间 隙、并使流层“网状”化的触点， 可使板片在两侧介质有压差情况 下减少板片的变形； ⑦使介质能均匀沿板片流道宽度 分布的导流槽；
37
介质在板片间的流动
单边流 对角流
单边流
对角流
换向板片：根据流程的需要，相应不冲出某些角孔，介质遇 到盲孔即拐弯，进行换向，增加介质的流程
操作压力和温度不能太高，尤其是所能承受的压力比较低，操作 压力只能在20atm以下，操作温度约在300-400℃以下。
不易检修，整个换热器已被卷制焊接为一个整体，一旦发生中间 泄漏或其他故障，设备即告报废。
管壳式热交换器设计全解1
K 整个传热面上的平
均传热系数，w/ （m2·℃）
F 传热面积， m2
t 在此微元传热面处两种 tm 两种流体之间的平
流体之间的温度差，℃
均温差，℃
Q 热交换器的热负荷，W
想求得 F ，必须已知 K 、tm 、Q 。
2、热平衡方程：
Q M1i1 i1 M 2 i2 i2
练习：
t1 80 t1 50 t2 30 t2 40
P 40 30 0.2 80 30
R 80 50 3 40 30
0.94
关于的注意事项
（1） 值取决于无量纲参数 P和 R
P t2 t2 、R t1 t1
t1 2
t2 t2
式中：下标1、2分别表示两种流体，上角标 ` 表示进
值的求取方法
• 逆流时对数平均温差为 ：
令：
t1m,c
t1
t2 t1
ln
t1 t2 t1 t2
t2
P
t2 t2 t1 t2
冷流体的加热温度 两流体的进口温差
P的含义：冷流体的实际吸热量与最大可能的吸 热量的比例，称为温度效率。P<1。
R
t1 t1
t
2
t
2
热流体的冷却度 冷流体的加热度
P
t1 t1
t
2
t1
PR
R
t
2
t
2
t1 t1
1 R
f P, R f (PR, 1 )
② 适用于任何流体
t1
t2
Q M1 C1dt1 M 2 C2dt2
t1
t2
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
管壳式换热器讲义
不兼作法兰时管板与壳体的连接结构
2、 浮头式、U型管式和填函式换热器的管板与壳体的连接 由于浮头式、U型管式和填函式换热器的管束要从壳体中抽出，以便进行清洗，故需将管板做成 可拆连接。
管板与壳体可拆结 构
6.2.5 管箱与管程分程（Tube box and tube split）
1、管箱与分程隔板 换热器管内流体进出口的空间称为管箱。管箱位于换热器的两端，将介质均匀地分布到各换热管 中，或将管内流体汇集后输送出来。为了便于清洗、检修管子，管箱应采用可拆结构。
4、U型管式换热器（U-tube heat exchanger）
换热器的管束弯成U型，U型管两端固定在同一块管板上，在管箱中加有一块隔板。
U型管式换热器 优点：换热器只有一块管板，结构简单，造价便宜。管束可以抽出清洗，管子可以自由膨胀。 缺点：管内不便清洗，管板上布管少，结构不紧凑。管外介质易短路，影响传热效果。内层管子 损坏后不易更换。 U型管式换热器主要用于管内清洁而不结垢的高温、高压介质。壳层介质适应性强，常用于高压、 高温、粘度较大的场合。
2、 管间距（Tube spacing）
管板上两换热管中心的距离称为管间距。确定管间距既要考虑结构紧凑性、传热效率，又要考虑 管板强度和清洗空间以及管子在管板上固定的影响。对于正三角形排列，管间距应大于等于管子 直径的1.25倍，且不小于d0+6 mm。
最外层换热管的管壁与壳体内壁间的距离不得小于10 mm。
正三角形排列的管子
正方形排列的管子
组合排列法
当壳程为清洁、不结垢的流体时，宜选用正三角形排列。
壳程流体粘度较大或易结垢需定期清洗壳程时，一般采用正方形排列。
多程换热器，常采用正三角形和正方形组合排列方法，以便安排隔板位置。对于直径较大、管子 较多，按正三角形排列管子总数超过127根时必须在管束周围的弓形空间尽量再配置附加换热管。
第二章+管壳式热交换器(1)
结构
U形管式换热器
优点 缺点
应用
结构比较简单、价格便宜，不会产生温差应力， 外层管清洗方便，承压能力强。 受弯管曲率半径限制，布管少； 管束最内层管间距大，管板利用率低； 壳程流体易短路，传热不利。 管内清洗因管子成U形而较困难， 当管子泄漏损坏时，只有外层U形管可更 换，内层管只能堵死，坏一根U形管相当 于坏两根管，报废率较高。 管束的固有频率较低易激起振动。 管、壳壁温差较大或壳程介质易结垢需要清洗， 又不宜采用浮头式和固定管板式的场合。特别适 用于管内走清洁而不易结垢的高温、高压、腐蚀 性大的物料。
胀接法
适用范围：换热管为碳素钢，管板为碳素钢或低合金钢，设 计压力≤4MPa，设计温度≤300℃，操作中无剧烈振动、无 过大温度波动，及无明显应力腐蚀等场合。
原因：温度升高，残余应力减小，使管子与管板间的胀接密 封性能、紧固性能都下降，故设计温度≤300℃ 。
要求：管板硬度大于管子硬度，否则将管端退火后再胀接。 胀接时管板上的孔可以是光孔，也可开槽(开槽可以增 加连接强度和紧密性)。
分程隔板槽两侧 相邻管中心距lE 30 35 38 44 52 60 68
4 布管限定圆
管板 靠近中央部分的布管区 靠近周边处较窄的不布管区
布管区 不布管区 简化
浮头式
固定管板式、 U形管式
DL Di 2(b1 b2 b)
Di
b
<1000 >3
1000~2600 >4
Di
b1
≤600 3
——适用于壳侧介质清洁且不易结垢并能进行溶 解清洗，管、壳程两侧温差不大或温差较大但壳 侧压力不高的场合。
管壳式热交换器设计分析
管壳式热交换器设计分析发表时间：2019-09-21T23:27:30.610Z 来源：《基层建设》2019年第19期作者：何清凤[导读] 摘要：管壳式换热器的设计所涉及的相关设计参数极多，且难度也较强。
佛山神威热交换器有限公司 528000摘要：管壳式换热器的设计所涉及的相关设计参数极多，且难度也较强。
管壳式交换器实用一种用于各大领域的工业设备，对国民经济有着非常关键的作用，其设计工程的核心是管壳式换热器的换热效率。
关键词：管壳式；交换器；设计前言：热交换器是进行热交换操作的通用工艺设备，被广泛应用于各个工业部门，尤其在石油、化工生产中应用更为广泛。
换热器分类方式多样，按照其工作原理可分为：直接接触式换热器、蓄能换热器和间壁式换热器三大类，其中间壁式换热器用量最大，间壁式换热器又可以分为管壳式和板壳式换热器两类，其中管壳式换热器以其高度的可靠性和广泛的适应性。
本文主要阐述了管壳式热交换器的概念及设计原理。
1管壳式换热器概念管壳式换热器具备结构简单且牢固、操作弹性较大以及应用材料广泛等特性，现阶段仍是化工、石油以及石化行业汇总所运用的一种重要的热交换器，特别适用于高温、高压工况，甚至在较大型的换热设备中它也具有很大的应用优势。
管壳式换热器主要有壳体、管束、管板和封头等部分组成，壳体多呈圆形，内部装有平行管束或者螺旋管，管束两端固定于管板上。
在管壳转热器内进行换热的两种流体，一种在管内流动，其行程成为管程；一种在管外流动，其形成成为壳程。
管束的壁面即为传热面。
2设计原则在设计热交换器是必须正确选定那一种流体走管程，那一种流体走壳程。
这是要考虑下述一些原则：（1）要尽量提高使传热系数受到限制的那一侧的换热系数，使传热面两侧的传热条件尽量接近。
（2）尽量节省贵重金属材料，以降低制造成本。
（3）要便于清洁积垢，以保证运行可靠。
（4）在温度较高的热交换器中应减少热量损失，而在制冷设备中则应减少冷量损失。
【精品课件】管壳式热交换器设计全解
牛顿迭代法。
在某一钢制立式管壳式热交换器中用饱和温度ts=111.38℃ 的蒸汽加热某种溶液，已知其管径为Φ32×2mm，管高l=1.5m， 材料的导热系数λ=52w/(m ℃),管内溶液的平均温度t2=68 ℃, 换热系数α2=3348w/(m2 ℃) 求蒸汽侧的管壁温度tw1。
解 溶液侧单位传热面的传热量
1.5 wn2
2
气体非等温流动 附加阻力△Pa
总阻力
内阻力△Ps
△P＝△Pi＋△Pl＋△Pa + △Ps
对于多管程换热器，流体总阻力应等于各程直管阻力、
回弯阻力及进、出口阻力之和（通常忽略进、出口阻力）：
p i p 1 p 2 F tN s N p
p1—流体流经直管的压力降，N/m2； p2—流体流经回弯管时的压力降，N/m2； Ft—结垢修正系数，25×2.5mm1.4，
T1,T2——两辐射物体的绝对温度
三、壁温的计算
放热侧壁温 吸热侧壁温
tw 1t1K 1rs,1 tmt1q 1rs,1
1
1
tw 2t2K 1rs,2 tmt2q 1rs,2
2
2
式中：
rs,1,rs,2——分别为放热侧、吸热侧污垢热阻
注意： K，α应在同一基准表面计算
进出口连接管阻力△PN
沿程阻力△Pi
Pi
L di
wt 2
2
i
式中： λ——莫迪圆管摩擦系数
wt——管内流体流速
φi——管内流体粘度校正因子
当Re>2100 φi＝（μ/μw）-0.14
当Re<2100 φi＝（μ/μw）-0.25
回弯阻力△Pr
Pr
4 wt2
管壳式热交换器第一部分讲义
(2) 后端结构型式
1）固定管板 2）浮头 3）U型管 4）填料函
(3) 分程隔板
（一）分程原因 当换热器所需的换热面积较大，而管子又不能 做得太长时，就得增大壳体直径，排列较多的 管子。此时，为了减少管程流体截面积、增加 管程流速，提高传热效果，须将管束分程，使 流体依次流过各程管子。
第二章 管壳式热交换器
2.1 类型、标准与结构
目前应用最广泛得一种换热器，又称列 管式换热器。
管壳式换热器
把管子和管板连接，再用壳体固定，就 构成管壳式换热器。 由壳体、接管、管束、管板（又称花板， 固定管子用）、顶盖（又称封头）、折 流元件等组成。
零部件名称表
换热器构件名称
换热器构件名称
填料函式换热器
优点：结构简单，加工制造方便，造价低，管内和 管间清洗方便。 缺点：填料处易泄漏。 适用场合：4MPa 以下，且不适用于易挥发、易 燃、易爆、有毒及贵重介质，使用温度 受填料的物性限制。目前使用的都较小 且较少使用。
（五）其他类型管壳式换热器
滑动管板式 双管板式 薄管板式
浮头式换热器
优点：管内和管间清洗方便，不会产生热应力应变。 缺点：结构复杂，设备笨重，造价高，浮头端小盖在 操作中无法检查。 适用场合：壳体和管束之间壁温相差较大，或介质易 结垢的场合。
（四）填料函式换热器
ห้องสมุดไป่ตู้
这是一种使一端管板固定而让另一端管板 在填料函中滑动的热交换器，其结构如到2.4 所示，实际上它是将浮头露在壳体外面的浮 头式热交换器，所以又称外浮头式热交换器。 由于填料密封处容易泄漏，故不宜用于易挥 发、易燃、易爆、有毒和高压流体的热交换、而且 制造复杂，安装不便．因而此种结构不常采用。
《热交换器原理与设计》管壳式热交换器设计21-23
内容 :
管程流通截面积 确定壳体直径 壳程流通截面积
进出口连接管尺寸
一、管程流通截面积的计算 单管程热交换器的管程流通截面积为：
36
At Mt /twt
式中： At——为管程流通截面积，m2；
Mt——为管程流体的质量流量，Kg/s； ρt——为管程流体的密度，Kg/m3； Wt——为管程流体的流速，m/s；
水平 竖直
竖直 转角
（a） (a单 )单弓形 （ 弓a） 形单弓形
转角
过程设备设计
(c（)三C）弓三弓形形 （C）三弓形
(b)双(弓 b形 )双(b弓)双形弓形
(d)（ 圆d） 盘四弓 -圆形环形（d）四弓形
弓形缺口高度h 应使流体流过缺口时与横向流过管束时的流速相近
缺口大小用弓形弦高占壳体内直径的百分比来表示， 如单弓形折流板，h=(0.20～0.45)Di，最常用0.25Di。 13
作用: a. 减小跨距→防振 b.支承管子→增加管子刚度，防止管子产生过大挠度
形状尺寸: 同折流板
最大无支撑跨距:
换热管外径
10 12 14 16 19 25 32 38 45 57
最大无
钢管
- - 1100 1300 1500 1850 2200 2500 2750 3200
支撑跨距
有色金属 管
750
a1 a2 a3
a2
Dmh1
d0 sn
As a2a3
a3——盘周至圆筒内壁截面减去该处管子所占面积
Dm——环内径D1和盘径D2的算术平均值
sn ——与流向垂直的管间距
50
第三节 管壳式热交换器的传热计算
一、传热系数的确定
经验选用数据
管壳式换热器管壳式热交换器设备工艺原理
管壳式换热器管壳式热交换器设备工艺原理管壳式换热器概述管壳式换热器，也称为管式热交换器，是一种广泛应用于化工、石油、制药、食品、能源等行业的换热设备。
它主要由热交换器管道（管束）和热交换器壳体（壳体）组成，是实现两种不同物质之间的热量传递的一种设备。
管壳式换热器结构热交换器管道（管束）管束是管壳式换热器的核心组件，主要由多个平行管道组成。
这些管道可以是直管、弯曲管等不同形状和长度的管道，通常采用不锈钢、钛、铜合金等耐腐蚀材料制成。
热交换器壳体壳体是管壳式换热器的外壳部分，包裹着管束。
壳体通常由钢板焊接而成，并装有进出口口和配套的密封等组件。
热交换器管板管板使用于多传热室的管壳式换热器内部结构，并将热交换器分为不同的传热室，是管束定位、支撑和密封的基础。
热交换器密封件在管束与热交换器壳体之间、管板与壳体之间拼合处都需要设置密封垫或O型密封圈，从而保证热交换器内外流体不会相互混合，保证设备安全运行。
管壳式换热器原理管壳式换热器是通过管壳式热交换器内和外两侧的不同介质之间的热量传递实现热交换的。
管壳式换热器内的流体是管道（管束）中的介质，分别由进口和出口管道进出，在管束内部流动。
而壳体外部则是流动着另一种介质的热交换模式。
管壳式换热器内的热量传递基于热传导和对流传热两种传热方式。
传导是介质之间的热量传递，而对流传热是通过流体流动和强制对流带来的。
管壳式换热器使用这两种传热方式，通过热传导和对流传热将内外流体的热量进行传递和交换。
管壳式换热器应用管壳式换热器广泛应用于化工、石油、制药、食品、能源等行业，用于不同种类流体之间的热量传递和温度调节。
管壳式换热器通常也用于制冷和空调等设备中，以提高其制冷效率。
管壳式换热器特点1.传热效率高：采用管壳式结构，通过内部和外部流体传热方式，热量更充分交换。
2.安全可靠：壳体密封设计，避免内外两种介质相互混合。
3.维护方便：由于管壳式换热器内壳体开口设计，维护和维修更加容易。
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13
三、换热器中传热过程对数平均温差的计算
1 简单顺流及逆流换热器的对数平均温差
流动形式不同，冷热流体温差沿换热面的变化规律也不同.
传热方程的一般形式：
kAtm
换热器中冷流体温度沿换热面是不断变化的，因此，冷却 流体的局部换热温差也是沿程变化的。
以顺流情况为例，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。 要想计算沿整个换热面的平均温差， 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。
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 。
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
i1 i 2
C1 C2
t t1 1 M1c1 t1 t t2 Q M 1c1 t1 M 1c1t1 W1t1 1 Q M 1 C1dt1 M 2 C2 dt 2 t 2 Q M 2 c2 t 2 M 2 c 2t 2 W t t1 t2 2 2
进口温度t1
热流体1 冷流体2
流量 M 1 比热容 c1
进口温度 t 2 流量 M 2 比热容 c2
热交换器的换热面积F
出口温度 t 2
出口温度 t 1
两流体的出口温差 t
两流体的进口温差 t
1、传热方程式：
Q
F
o
ktdF
工程上
Q KFtm' 2
'
热交换器的传热热量
k t1 t 2 dA
A
流体1的放热量
不考虑热交换器向外界散热热量
流体2的吸热量 热交换器的传热热量
'' '' qm1C1 t1 t1 W t t 1 1 1
'
'
qm2C2 t t2 W2 t t2
'' 2 '' 2
'
'
t1
t1
dt1
t1 t2
W qmC
t2
t2
dt2
W ： 流体热容量 意义：单位温度变化下产生的流动流体的能量储存 速率。 微元传热面传递的热流量：
d K (t1 t2 )dA
K t1 t 2 dA
A
工程上：
Kmtm A
化值越大
4 计算流体的热容量时，M与c的单位必须一致 5 已知热交换器热负荷的条件下，热平衡方程可用于确定 流体的流量
2.2热交换器传热计算的基本方法：
平均温差法
效率（效能）－传热单元数法（η－NTU） 一、平均温差法
流体1的放热量 流体2的吸热量
'' qm1C1 t1 t1
'
qm2C2 t t2
讨论：
1 考虑热损失的情况下： Q1 Q2 QL 或 Q1 L Q2
L
以放热热量为准的对外热损失系数，通常为0.97-0.98
W1 t 2 冷流体的加热度 2 由式③可以知道 热流体的冷却度 W2 t1 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= W2t 2 =Q，还可以知道，在热交换器内，热容量 越大的流体，温度变化值越小，热容量越小的流体，温度变
t2
d kdA t
对于热流体:
t2
对于冷流体:
1 d qm1c1dt 1 dt1 d qm1c1 1 d qm 2c2dt 2 dt2 d qm 2c2
1 1 dt dt1 dt2 d d qm1c1 qm 2c2 1 1 d kdA t qm1c1 qm 2c2 d t dt d kdAt kdA t
t2
t1
t1 dt1
t1 t2
t2
dt2
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：
t1
t1 dt1 dt2
t t1 t2 dt dt1 dt2
在固体微元面dA内，两种流体的换热 量为:
t1 t2
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· ℃)
第二节 热交换器传热计算的 基本方法
本章要求掌握的内容： 传热过程的计算；对数平均温差的计算； 间壁式换热器的设计计算及校核计算。
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
1 K m KdA A A
1 1 d tm t1 t2
1 t m t1 t 2 dA A A
平均传热系数Km 平均温差△tm
二、 平均温差
流体的温度分布 1、等温有相变的传热 2、热流体等温冷凝、冷流体温度不断上升 冷流体等温沸腾、热流体温度不断下降。 3、没有相变顺流逆流 4、冷凝器（蒸发器）内温度变化情况 5、可凝蒸气和非凝结气体组成的热流体.