換熱器的傳熱計算主講人：戴路玲只對工程實際中應(yīng)用最為廣泛的間壁式換熱器進行討論。

已知換熱器的傳熱面積，冷、熱流體的質(zhì)量流量和進口溫度，計算該換熱器的傳熱量及兩種流體的出口溫度。

傳熱計算可分為兩種情況：

設(shè)備選型

計算的目的是根據(jù)已知與傳熱有關(guān)的物理量，計算滿足冷、熱流體進行熱交換所必需的傳熱面積；

校核計算1.傳熱計算公式在換熱器中，冷、熱兩流體傳熱過程的熱流量

為

2.傳熱平均溫度差的計算

冷、熱流體沿傳熱面進行換熱時，其溫度沿流向不斷變化，溫度差也在不斷變化，故傳熱溫差應(yīng)取平均溫度差。間壁式換熱器內(nèi)冷、熱流體的相對流向

在冷、熱流體進口溫度相同、流量相同、換熱面面積相同的情況下，流動型式影響冷、熱流體的出口溫度、換熱溫差、換熱量以及換熱器內(nèi)的溫度分布。工程上換熱器一般都盡可能采用逆流布置

(a)順流

(b)逆流

(c)錯流

（d）混合流

熱流體

冷流體

熱流體

冷流體

熱流體

冷流體

（2）對數(shù)平均溫差

基本假定：

換熱器無熱損失；

流體的熱容不變；

傳熱系數(shù)K不變。較之算術(shù)平均溫差法精確許多對于錯流、混合流及不同殼程、管程數(shù)等其它流動方式△tm

△tm，逆

△tm，逆

:按逆流算出的對數(shù)平均溫差；

:溫差修正系數(shù),

＜1

值表征特定流動型式在給定工況下接近純逆流的程度。

值越大，說明該換熱器的流動方式越接近于純逆流。一般

值的大小可根據(jù)兩個無量綱P和R在有關(guān)資料中查出。

一般情況下，換熱器的設(shè)計最好使

＞0.9，至少不小于0.8，否則應(yīng)重新選用另一種型號的換熱器，或增加殼程數(shù)改用多臺換熱器串聯(lián)操作，以提高

值。圖18單殼程，2、4、6、8…管程的

值圖19雙殼程，4、8、12、16…管程的

值圖20一次錯流兩種流體各自都不混合的

值3.換熱器的設(shè)計計算

換熱器設(shè)計需要確定換熱器的類型、結(jié)構(gòu)，計算傳熱系數(shù)和換熱面積。

（1）根據(jù)要求，確定換熱器的類型，設(shè)定換熱器的部分結(jié)構(gòu)參數(shù)。

（2）根據(jù)已知的工藝條件計算出換熱器的熱負荷，從而確定換熱器的熱流量

。

設(shè)計計算步驟：

（3）根據(jù)已知的冷、熱流體進出口溫度tc1、tc2、th1、th2中的三個溫度，由載熱體換熱量計算式求出第四個溫度。設(shè)計計算需要反復(fù)試算和校核，最終選擇最優(yōu)化的設(shè)計方案

（4）由冷、熱流體進出口溫度tc1、tc2、th1、th2計算平均溫差△tm。

（5）確定流體的特征尺寸和定性溫度，結(jié)合流體的物理性質(zhì)參數(shù)，分別計算出冷、熱流體的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)；計算換熱器管壁的導(dǎo)熱熱阻；根據(jù)換熱器的結(jié)構(gòu)形式選擇相應(yīng)的傳熱系數(shù)計算公式；依據(jù)表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)、導(dǎo)熱熱阻及其它已知條件，求出傳熱系數(shù)K。

（6）由傳熱基本方程求出所需的傳熱面積A，并核算傳熱面兩側(cè)流體的流動阻力，若流動阻力過大，則應(yīng)改變方案重新設(shè)計。

（7）根據(jù)計算面積A，確定換熱器的實際換熱面積，進而確定換熱器的主要結(jié)構(gòu)尺寸和參數(shù)。4.換熱器的校核計算

根據(jù)已知換熱器的傳熱面積，兩種流體的質(zhì)量流量qmh、qmc，比熱容cph、cpc及溫度th1和tc1，校核熱流體被冷卻到th2時冷流體所能達到的出口溫度tc2或傳熱量

。

（1）假定一個流體的出口溫度，由載熱體換熱量的計算式式求出另一流體的出口溫度。

設(shè)計計算步驟：（2）由兩流體的進、出口溫度求得平均溫差△tm?；?/p>

（3）由已知量求出傳熱系數(shù)K。

（4）由傳熱基本方程式求出熱流量

。

（5）由兩流體進、出口溫度，用熱量衡算式及載熱體換熱量的計算式求出換熱器的熱負荷。

（6）比較

和，若兩者相等或偏差介于2％～5％之間，說明假定的流體出口溫度與實際相符，計算結(jié)束。若兩者偏差＞5％，則必須重新假定流體出口溫度，重復(fù)上述計算，直至

和兩者比較接近為止。

例5

已知熱流體由300℃冷卻到150℃，而冷流體由50℃被加熱至100℃。試求順流與逆流時的對數(shù)平均溫差，并與算術(shù)平均溫差比較。

例6一臺單殼程、雙管程的管殼式換熱器中，用水冷卻油，油流量為qmh

40m3/h，油從th1

60℃冷卻到th2

40℃，此油在運行溫度下的

h

879kg/m3、cph

1.95kJ/（kg

K），冷卻水的進口溫度tc1

30℃，流量為qmc

12.5kg/s、cpc

4.19kJ/（kg