传热过程计算
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化学工业出版社
❖换热器中两流体间有不同的流动型式 。 ❖若两流体的流动方向相同，称为并流；
若两流体的流动方向相反，称为逆流； 若两流体的流动方向垂直交叉，称为 错流；若一流体沿一方向流动，另一 流体反复折流，称为简单折流；若两 流体均作折流，或既有折流，又有错 流，称为复杂折流。
化学工业出版社
❖当两流体在换热过程中均只发生相变时， 热流体温度T和冷流体温度t都始终保持不 变，称为恒温传热。
W/(m2·K)；
S－－传热面积，m2； Δtm－－换热器的传热推动力，或称传热
平均温度差，K；
R=1/(KS)－－换热器的总热阻，K/W； R'=1/K－－换热器的总热阻， m2·K/W。
化学工业出版社
传热系数K
K Q / Stm
K — 传热系数，表示换热设备性能的重要参数
K的物理意义:当冷热两流体之间的温度差为1℃时, 在单位时间内通过单位传热面积的传热量.
(一)热负荷与传热速率 1.热负荷：换热器单位时间内冷热流体所交换的热量。
传热速率：单位时间内通过传热面传递的热量。 2.热负荷与传热速率的区别：
热负荷是生产上要求换热器单位时间传递的热量， 是换热器的生产任务。传热速率是换热器单位时 间能够传递的热量，是换热器的生产能力，主要 由换热器自身的性能决定。为保证换热器完成传 热任务，应使换热器的传热速率大于至少等于其 热负荷。
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(二)热量衡算与热负荷的确定 1、热量衡算 以单位时间为基准
Qh=Qc+QL Qh ——热流体放出的热量，kJ/s或kW Qc ——冷流体吸收的热量，kJ/s或kW QL ——热热损失，kJ/s或kW 2、热负荷的确定 若忽略热损失，热负荷取Qh或Qc 若有热损失，哪种流体走管程，就应取哪种 流体的传热量作为换热器的热负荷。
内的平均比热，亦是进出口平均温 度下的比热。
化学工业出版社
（3）潜热法（有相变） Qh=qm,hγh Qc=qm,cγc 若无热损失， Qh= Qc 注意：a.通过上式可计算载热体或冷流体的
热量。 b.若有热损失 Q= Qc= Qh+ QL 热损失在热流体一侧 Q= Qh= Qc+ QL 热损失在冷流体一侧
tm T t 恒定
T t
(2) 变温传热 ① 一侧有温度变化
化学工业出版社
② 两侧流体均有温度变化
t1
T2
t2 T1
T1 t1
t2 T2
化学工业出版社
化学工业出版社
对数平均温度差： tm
t1 t2 ln t1
说明：
t2
① 逆流： t1 T1 t2
t2 T2 t1
② 并流： t1 T1 t1
Qm Sm (th,w tc,w ) / b
Q0 0 S0 (tc,w tc )
Q Qi Qm Qo
化学工业出版社
Q th th,w th,w tc,w
1
b
iSi
Sm
tc,w tc 1
0S0
因此，Q 1
th tc b
1
t R
i Si Sm 0 S0
th
热Q 流 体
传热过程计算
化学工业出版社
wenku.baidu.com 2.5 总传热速率方程
一、 间壁传热过程： 热量:
热流体 对流传热管内壁
热传导管外壁
th
热Q 流 体
th,w
对流传热 冷流体
Q 冷 流 tc,w 体
tc
化学工业出版社
各部分传热速率方程：
❖ 管内侧流体 ❖ 管壁导热 ❖ 管外侧流体 ❖ 对稳态传热
Qi i Si (th th,w )
K的来源： 实验测定；
取生产实际的经验数据；
计算求得。
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❖化工过程的传热问题可分为两类：一 类是设计型问题，即根据生产要求， 选定（或设计）换热器；另一类是操 作型问题，即计算给定换热器的传热 量、流体的流量或温度等。两者均以 传热基本方程为基础。下面以设计型 问题为例分析解决传热问题要涉及到 的有关内容。
化学工业出版社
❖对于一定的传热任务，确定换热器所 需传热面积是选择（或设计）换热器 的主要任务。由传热方程式可知，要 计算传热面积，必须先求得传热速率
Q、传热平均温度差Δtm以及传热系数 K，这些项目的求取涉及到热量衡算、
传热推动力、各种传热方式的规律等 有关理论和计算。
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二、热负荷的计算
th,w
令： R 1 1 b 1
KS i Si Sm 0 S0
Q
冷 流 tc,w 体
tc
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用平均传热温差 tm代替（th tc） 式中，K — 总传热系数，W/m2·K。
注意： K 与 S 对应，选Si、Sm 或 S0
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式中 Q－－传热速率，W； q－－热通量，W/m2； K－－比例系数，称为传热系数，
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3.热负荷的计算方法 （1）焓差法
Qh=qm,h(H1-H2) Qc=qm,c(h2-h1) 若无热损失， Qh= Qc 0℃的液体的焓为零J/kg 蒸汽的焓取0℃的液体的焓为零J/kg作计算基准。 此法使用时受到限制，有些液体的焓很难查到。
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（2）显热法（无相变时） Qh=qm,hCp,h(T1-T2) Qc=qmcCp,c(t2-t1) 若无热损失， Qh= Qc Cp,h、 Cp,c：冷热流体进出口温度范围
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三、传热温度差的计算
❖当用传热基本方程式计算整个换热器 的传热速率时，必须使用整个传热面 积上的平均温差。
❖传热平均温度差的大小及计算方法与 换热器中两流体的相互流动方向及温 度变化情况有关。换热过程中，热流 温度沿程降低，冷流温度沿程升高， 故冷热流体温度差在换热器表面各点 不同。
❖换热器的传热推动力可取任一传热截面上
的温度差，即Δtm=T－t。
❖大多数情况下，间壁一侧或两侧的流体温 度沿换热器管长而变化，称为变温传热。 变温传热时，各传热截面的传热温度差各 不相同。由于两流体的流向不同，对平均 温度差的影响也不相同，故需分别讨论。
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(1) 恒温传热
两侧流体温度恒定：
t2 T2 t2
t1
/ t2
2时，可近似取 tm
1 2
(t1
t2 )
③ 进、出口条件相同时，tm,逆 tm,并
逆流
并流
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工业上，一般采用逆流操作（节省加热面积）。 思考：逆流操作的Δtm一定大于并流操作的Δtm? ④ 一侧流体温度有变化，另一侧恒温时,
❖换热器中两流体间有不同的流动型式 。 ❖若两流体的流动方向相同，称为并流；
若两流体的流动方向相反，称为逆流； 若两流体的流动方向垂直交叉，称为 错流；若一流体沿一方向流动，另一 流体反复折流，称为简单折流；若两 流体均作折流，或既有折流，又有错 流，称为复杂折流。
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❖当两流体在换热过程中均只发生相变时， 热流体温度T和冷流体温度t都始终保持不 变，称为恒温传热。
W/(m2·K)；
S－－传热面积，m2； Δtm－－换热器的传热推动力，或称传热
平均温度差，K；
R=1/(KS)－－换热器的总热阻，K/W； R'=1/K－－换热器的总热阻， m2·K/W。
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传热系数K
K Q / Stm
K — 传热系数，表示换热设备性能的重要参数
K的物理意义:当冷热两流体之间的温度差为1℃时, 在单位时间内通过单位传热面积的传热量.
(一)热负荷与传热速率 1.热负荷：换热器单位时间内冷热流体所交换的热量。
传热速率：单位时间内通过传热面传递的热量。 2.热负荷与传热速率的区别：
热负荷是生产上要求换热器单位时间传递的热量， 是换热器的生产任务。传热速率是换热器单位时 间能够传递的热量，是换热器的生产能力，主要 由换热器自身的性能决定。为保证换热器完成传 热任务，应使换热器的传热速率大于至少等于其 热负荷。
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(二)热量衡算与热负荷的确定 1、热量衡算 以单位时间为基准
Qh=Qc+QL Qh ——热流体放出的热量，kJ/s或kW Qc ——冷流体吸收的热量，kJ/s或kW QL ——热热损失，kJ/s或kW 2、热负荷的确定 若忽略热损失，热负荷取Qh或Qc 若有热损失，哪种流体走管程，就应取哪种 流体的传热量作为换热器的热负荷。
内的平均比热，亦是进出口平均温 度下的比热。
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（3）潜热法（有相变） Qh=qm,hγh Qc=qm,cγc 若无热损失， Qh= Qc 注意：a.通过上式可计算载热体或冷流体的
热量。 b.若有热损失 Q= Qc= Qh+ QL 热损失在热流体一侧 Q= Qh= Qc+ QL 热损失在冷流体一侧
tm T t 恒定
T t
(2) 变温传热 ① 一侧有温度变化
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② 两侧流体均有温度变化
t1
T2
t2 T1
T1 t1
t2 T2
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对数平均温度差： tm
t1 t2 ln t1
说明：
t2
① 逆流： t1 T1 t2
t2 T2 t1
② 并流： t1 T1 t1
Qm Sm (th,w tc,w ) / b
Q0 0 S0 (tc,w tc )
Q Qi Qm Qo
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Q th th,w th,w tc,w
1
b
iSi
Sm
tc,w tc 1
0S0
因此，Q 1
th tc b
1
t R
i Si Sm 0 S0
th
热Q 流 体
传热过程计算
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wenku.baidu.com 2.5 总传热速率方程
一、 间壁传热过程： 热量:
热流体 对流传热管内壁
热传导管外壁
th
热Q 流 体
th,w
对流传热 冷流体
Q 冷 流 tc,w 体
tc
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各部分传热速率方程：
❖ 管内侧流体 ❖ 管壁导热 ❖ 管外侧流体 ❖ 对稳态传热
Qi i Si (th th,w )
K的来源： 实验测定；
取生产实际的经验数据；
计算求得。
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❖化工过程的传热问题可分为两类：一 类是设计型问题，即根据生产要求， 选定（或设计）换热器；另一类是操 作型问题，即计算给定换热器的传热 量、流体的流量或温度等。两者均以 传热基本方程为基础。下面以设计型 问题为例分析解决传热问题要涉及到 的有关内容。
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❖对于一定的传热任务，确定换热器所 需传热面积是选择（或设计）换热器 的主要任务。由传热方程式可知，要 计算传热面积，必须先求得传热速率
Q、传热平均温度差Δtm以及传热系数 K，这些项目的求取涉及到热量衡算、
传热推动力、各种传热方式的规律等 有关理论和计算。
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二、热负荷的计算
th,w
令： R 1 1 b 1
KS i Si Sm 0 S0
Q
冷 流 tc,w 体
tc
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用平均传热温差 tm代替（th tc） 式中，K — 总传热系数，W/m2·K。
注意： K 与 S 对应，选Si、Sm 或 S0
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式中 Q－－传热速率，W； q－－热通量，W/m2； K－－比例系数，称为传热系数，
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3.热负荷的计算方法 （1）焓差法
Qh=qm,h(H1-H2) Qc=qm,c(h2-h1) 若无热损失， Qh= Qc 0℃的液体的焓为零J/kg 蒸汽的焓取0℃的液体的焓为零J/kg作计算基准。 此法使用时受到限制，有些液体的焓很难查到。
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（2）显热法（无相变时） Qh=qm,hCp,h(T1-T2) Qc=qmcCp,c(t2-t1) 若无热损失， Qh= Qc Cp,h、 Cp,c：冷热流体进出口温度范围
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三、传热温度差的计算
❖当用传热基本方程式计算整个换热器 的传热速率时，必须使用整个传热面 积上的平均温差。
❖传热平均温度差的大小及计算方法与 换热器中两流体的相互流动方向及温 度变化情况有关。换热过程中，热流 温度沿程降低，冷流温度沿程升高， 故冷热流体温度差在换热器表面各点 不同。
❖换热器的传热推动力可取任一传热截面上
的温度差，即Δtm=T－t。
❖大多数情况下，间壁一侧或两侧的流体温 度沿换热器管长而变化，称为变温传热。 变温传热时，各传热截面的传热温度差各 不相同。由于两流体的流向不同，对平均 温度差的影响也不相同，故需分别讨论。
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(1) 恒温传热
两侧流体温度恒定：
t2 T2 t2
t1
/ t2
2时，可近似取 tm
1 2
(t1
t2 )
③ 进、出口条件相同时，tm,逆 tm,并
逆流
并流
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工业上，一般采用逆流操作（节省加热面积）。 思考：逆流操作的Δtm一定大于并流操作的Δtm? ④ 一侧流体温度有变化，另一侧恒温时,