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换热器热量及面积计算
一、热量计算1、
一般式
Q=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，℃
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：
1w=1J/s=3.6kj/h=0.86kcal/h
1kcal=4.18kj2、
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）
3、面积计算
S=Q/(K.△tm)
三、管壳式换热器面积计算
S=3.14ndL
其中，S为传热面积m2、n为管束的管数、d为管径，m；L为管长，m。
四、注意事项
冷凝段：潜热（根据汽化热计算）
冷却段：显热（根据比热容计算
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换热器是工业过程中常用的设备，用于在两种流体之间传递热量。
换热器的热计算方法通常涉及到确定热量传递速率、传热表面积和温度变化等参数。
以下是换热器的一般热计算方法：
传热速率计算：
热传导：对于热传导，可以使用导热方程来计算热传导的速率，通常表示为q = k * A * ΔT / L，其中q是传热速率，k是材料的导热系数，A是传热表面积，ΔT是温度差，L是传热距离。
对流传热：对于对流传热，通常使用牛顿冷却定律，q = h * A * ΔT，其中q是传热速率，h 是对流传热系数，A是传热表面积，ΔT是温度差。
温差和温度计算：
确定入口和出口流体的温度，以便计算温差（ΔT）。
温差是热交换的驱动力。
温度分布：在一些情况下，需要考虑温度在换热器内的分布，通常需要使用数学模型和计算方法。
传热表面积计算：
传热表面积（A）是一个关键参数，它可以根据传热速率和温差来计算，通常使用q = U * A * ΔT，其中U是总传热系数。
U值取决于换热器的类型和结构，可通过实验测定或计算得出。
流体性质计算：
确定流体的物性参数，如密度、热导率、比热容等，以便计算传热速率和温度变化。
对于多组分混合物，需要使用混合物物性计算方法。
性能和效率计算：
根据热计算结果，可以计算换热器的性能和效率参数，如效率、热传导系数等。
需要注意的是，换热器的热计算通常需要考虑多种因素，包括传热方式、流体性质、流速、换热器类型和结构等。
根据具体的应用和情况，可能需要使用不同的计算方法和模型。
通常，工程师和热力学专家会根据具体问题的需求来选择合适的计算方法，并使用专业的软件工具来辅助热计算和设计。
第2章工艺计算2.1设计原始数据2.2管壳式换热器传热设计基本步骤（1）了解换热流体的物理化学性质和腐蚀性能（2）由热平衡计算的传热量的大小，并确定第二种换热流体的用量。
（3）确定流体进入的空间（4）计算流体的定性温度，确定流体的物性数据（5）计算有效平均温度差，一般先按逆流计算，然后再校核（6）选取管径和管内流速（7）计算传热系数，包括管程和壳程的对流传热系数，由于壳程对流传热系数与壳径、管束等结构有关，因此，一般先假定一个壳程传热系数，以计算K,然后再校核（8）初估传热面积，考虑安全因素和初估性质，常采用实际传热面积为计算传热面积值的1.15~1.25倍（9）选取管长I。
（10）计算管数N T（11）校核管内流速，确定管程数（12）画出排管图，确定壳径D j和壳程挡板形式及数量等（13）校核壳程对流传热系数（14）校核平均温度差（15）校核传热面积第2章工艺计算（16）计算流体流动阻力。
若阻力超过允许值，则需调整设计。
2.3确定物性数据 2.3.1定性温度由《饱和水蒸气表》可知，蒸汽和水在 p=7.22MPa t>295 C 情况下为蒸汽，所以在不考 虑开工温度、压力不稳定的情况下，壳程物料应为蒸汽，故壳程不存在相变。
对于壳程不存在相变，其定性温度可取流体进出口温度的平均值。
其壳程混合气体 的平均温度为：管程流体的定性温度:根据定性温度，分别查取壳程和管程流体的有关物性数据2.3.2物性参数管程水在320C 下的有关物性数据如下：【参考 物性数据 无机 表1.10.1 ]表2 — 2壳程蒸气在357.5下的物性数据[1]:【锅炉手册 饱和水蒸气表]t=420 2952357.5 °C(2-1 )T=310 3302320 C第2章工艺计算2.4估算传热面积 241热流量根据公式（2-1）计算：Q WC p t将已知数据代入 （2-1）得:Q WC p1 b=60000X 5.495 X 103 (330-310)/3600=1831666.67W式中：W 工艺流体的流量，kg/h ；C p1 ――工艺流体的定压比热容，kJ/疥K ; t 1 ――工艺流体的温差，C ；Q――热流量，W2.4.2平均传热温差根据化工原理4-45 公式（2-2）计算:按逆流计算将已知数据代入 （2-3）得:【化原 4-31a 】(2-2)t mt 1 t2t 1(2-3)Int2t mt1 t2t1ln420 330 310 295 ‘41.86C ,420 330In310 295第2章工艺计算式中： t m ――逆流的对数平均温差，C ；t i ――热流体进出口温差，c ； t 2 ――冷流体进出口温差，c ； 可按图2-1中（b ）所示进行计算。
第2章工艺计算设计原始数据表2—1管壳式换热器传热设计基本步骤（1）了解换热流体的物理化学性质和腐蚀性能（2）由热平衡计算的传热量的大小,并确定第二种换热流体的用量;3确定流体进入的空间4计算流体的定性温度,确定流体的物性数据5计算有效平均温度差,一般先按逆流计算,然后再校核6选取管径和管内流速7计算传热系数,包括管程和壳程的对流传热系数,由于壳程对流传热系数与壳径、管束等结构有关,因此,一般先假定一个壳程传热系数,以计算K,然后再校核8初估传热面积,考虑安全因素和初估性质,常采用实际传热面积为计算传热面积值的~倍l9选取管长10计算管数NT11校核管内流速,确定管程数12画出排管图,确定壳径D和壳程挡板形式及数量等i13校核壳程对流传热系数14校核平均温度差15校核传热面积16计算流体流动阻力;若阻力超过允许值,则需调整设计;确定物性数据定性温度由饱和水蒸气表可知,蒸汽和水在p=、t>295℃情况下为蒸汽,所以在不考虑开工温度、压力不稳定的情况下,壳程物料应为蒸汽,故壳程不存在相变;对于壳程不存在相变,其定性温度可取流体进出口温度的平均值;其壳程混合气体的平均温度为：t=420295357.52+=℃2-1管程流体的定性温度：T=3103303202+=℃根据定性温度,分别查取壳程和管程流体的有关物性数据;物性参数管程水在320℃下的有关物性数据如下：参考物性数据无机表表2—2壳程蒸气在下的物性数据1：锅炉手册饱和水蒸气表表2—3估算传热面积 热流量根据公式2-1计算：p Q Wc t =∆ 化原 4-31a 2-2将已知数据代入 2-1得：111p Q WC t =∆=60000××310 330-310/3600=式中： 1W ——工艺流体的流量,kg/h ；1p C ——工艺流体的定压比热容,kJ/㎏.K ；1t ∆——工艺流体的温差,℃；Q ——热流量,W;平均传热温差根据 化工原理 4-45 公式2-2计算：1212ln m t t t t t ∆-∆∆=∆∆ 2-3 按逆流计算将已知数据代入 2-3得：()()()()121242033031029541.86420330ln ln 310295m t t t t t ---∆-∆∆===∆-∆-℃式中： m t ∆——逆流的对数平均温差,℃；1t ∆——热流体进出口温差,℃； 2t ∆——冷流体进出口温差,℃； 可按图2-1中b 所示进行计算;图2-1 列管式换热器内流型传热面积根据所给条件选定一个较为适宜的K 值,假设K =400 W/则估算传热面积为:mt K QS ∆=化工原理 式4-43 2-4 将已知数据代入 2-3得： 2m 39.10986.4140067.1831666t =⨯∆=m K Q S式中：S ——估算的传热面积,2m ； K ——假设传热系数,W/m 2.℃；m t ∆——平均传热温差,℃; 考虑的面积裕度,则所需传热面积为:28.12515.188.11215.1'm S S =⨯=⨯= 2-5热流体用量根据公式2-4计算：由化工原理热平衡公式p QW c t=∆ 将已知数据代入 2-4得： kg/h 68.17392)295420(033.367.1831666222=-⨯=∆=t C Q W p 2-6式中Q ——热流量,W ；2p c ——定压比热容,kJ/㎏.℃；2t ∆——热流体的温差,℃；2W ——热流体的质量流量,kg /h ;工艺尺寸 管数和管长1.管径和管内流速根据红书 表3-2 换热管规格表2-4根据 红书 表3-4 取管内流速s m i /1u = ⒉管程数和传热管数 依红书3-9式 un dqv 24π=,可根据传热管内径和流速确定单管程传热管数758.74102.047.70967.164n 22≈=⨯⨯==ππu d qii v s 根 2-7 式中qv——管程体积流量,s 3m ；n ——单程传热管数目；i d ——传热管内径,mm ； u ——管内流体流速,sm ;按单管程计算,依红书3-10,所需的传热管长度为 ()m nd A sop 3.2175025.08.125L =⨯⨯==ππ 2-8式中 L ——按单程管计算的传热管长度,m A p ——传热面积,2m ；do——换热管外径,m;按单管程设计,传热管过长,则应采用多管程,根据本设计实际情况,采用非标准设计,现取传热管长m l 6=,则该换热器的管程数为 456.363.21≈===l L N p 管程 2-9 传热管总根数 300475=⨯=⨯=N n N p s T 根 2-10 式中, 0d ——管子外径,m ；'T N ——传热管总根数,根；0d ——管子外径,m ；3.换热器的实际传热面积,依据红书3-12,203.1413006025.014.3m lN d A T =⨯⨯⨯==π 2-11式中,。
§6 换热器计算 返回到上一层 重点内容 ：
换热器的热工计算方法。
设计一台换热器必须进行的全部工作包括：热计算、结构布置、流动阻力计算、结构强度计算以及绘图。应该强调指出的是，除了绘图之外，前四项任务实际上是交叉在一起、无法单独进行的。也就是说，设计过程必须，也只能在反复的修正、迭代计算中完成。在传热学课程中将主要讨论热计算，对其他几项计算的有关问题请参考换热器原理和设计方面的专著或教科书。
换热器的热计算有两种基本类型——设计计算和校核计算。 设计计算的具体任务和目标是：根据指定的换热任务，一般是介质的种类、流量和进出口温度，选择合适的换热器型式和流道布置方案，求出总传热系数，进而确定所需要的换热面积。
校核计算则针对已有的一台换热器 ( 当然面积是已知量 ) ，核查它能否完成预定的某项换热任务，即核算两侧流体的出口温度能否达到预期值。 在实际的换热器设计计算中，经常需要同时进行这两种类型的计算。一般首先按照设计工况给定的参数选择流造型式并布置换热表面，计算两侧流体的表面传热系数、总传热系数和所需要的换热面积。但是，任何一台换热器都不可能永远在设计工况下工作，于是在确定了传热系数和换热面的布置方案以后，还必须对非设计工况作校核计算。
一、概述 1 、 基本公式 传热方程式： , △tm 为对数平均温差； 热平衡方程式： ，其中 适用于有相变的情况，r 为相变潜热。
2 、 类型 设计计算：已知 中的三个。求 KA 校核计算：已知 。 求 3 、传热系数
K 的确定： ， 分别为换热面两侧的污垢热阻。 4 、计算方法 平均温差法（ LMTD 法）；效能 - 传热单元数法（ε -NTU 法）
二、平均温差法 1 、计算步骤 设计计算： (1) 根据能量守恒算出所缺少的一个温度值。 (2) 如果给出了总传热系数，可以直接进入下一步；如果没有给出总传热系数，则进入迭代程序，首先初选应道布置方案 ( 包括选取管径、管数及流程数，确定流速等 ) ，并计算两侧流体的表面传热系数和总传热系数。
换热器设计计算步骤换热器是一种常见的工业设备，用于将热能从一个介质传递到另一个介质，常用于加热、冷却和蒸发等工艺过程。
其设计计算步骤主要包括确定换热器类型、计算换热面积、确定流体侧传热系数、确定传热效率等。
以下是详细的换热器设计计算步骤：1.确定换热器类型：根据实际使用需求和工艺要求，选择合适的换热器类型。
常见的换热器类型包括壳管式、板式、管束式、螺旋板式、翅片等。
2.了解工艺参数：确定进出口流体的温度、流量、压力以及物性参数。
3.确定传热方式：根据流体的性质和工艺要求，确定换热器的传热方式，包括对流、辐射和传导。
4.计算传热面积：根据换热器类型和流体侧的传热特性，计算所需的换热面积。
通常使用热平衡方程或对数平均温差法进行计算。
5.确定流体侧传热系数：根据流体侧的传热特性和工艺要求，选择合适的换热管材料、管型和管束结构，并计算流体侧的传热系数。
6.确定壳侧传热系数：根据壳侧、管侧流体的性质和工艺要求，选择合适的壳管布局和壳侧的传热系数。
7.确定传热效率：根据流体的传热系数、传热面积和对流热传输原理，计算换热器的传热效率。
8.设计换热器尺寸：根据以上计算结果和实际使用需求，确定换热器的尺寸和结构，包括管束长度、壳体直径、传热管的数量、壳程等。
9.选择材料和设备：根据工艺要求、介质性质和设计参数，选择合适的材料和设备，包括管束材料、密封材料、管板材料和支撑结构等。
10.制定操作规程：根据换热器的设计和实际使用情况，制定操作规程，包括换热器的开启、关闭、维护和清洁等程序。
总结起来，换热器设计计算步骤包括确定换热器类型、了解工艺参数、确定传热方式、计算传热面积、确定流体侧传热系数、确定壳侧传热系数、确定传热效率、设计换热器尺寸、选择材料和设备以及制定操作规程。
根据这些步骤进行设计计算，可以确保换热器的设计满足工艺要求，提供高效的热能传递。
