换热器热计算基础..

换热器基础知识简单计算板式换热器板片面积选用板式换热器就是要选择板片的面积的简单方法：Q=K×F×Δt，Q——热负荷K——传热系数F——换热面积Δt——传热对数温差传热系数取决于换热器自身的结构，每个不同流道的板片，都有自身的经验公式，如果不严格的话，可以取2000~3000。

最后算出的板换的面积要乘以一定的系数如1.2。

换热器的分类与结构形式换热器作为传热设备被广泛用于耗能用量大的领域。

随着节能技术的飞速发展，换热器的种类越来越多。

适用于不同介质、不同工况、不同温度、不同压力的换热器，结构型式也不同，换热器的具体分类如下：一、换热器按传热原理可分为：1、表面式换热器表面式换热器是温度不同的两种流体在被壁面分开的空间里流动，通过壁面的导热和流体在壁表面对流，两种流体之间进行换热。

表面式换热器有管壳式、套管式和其他型式的换热器。

2、蓄热式换热器蓄热式换热器通过固体物质构成的蓄热体，把热量从高温流体传递给低温流体，热介质先通过加热固体物质达到一定温度后，冷介质再通过固体物质被加热，使之达到热量传递的目的。

蓄热式换热器有旋转式、阀门切换式等。

3、流体连接间接式换热器流体连接间接式换热器，是把两个表面式换热器由在其中循环的热载体连接起来的换热器，热载体在高温流体换热器和低温流体之间循环，在高温流体接受热量，在低温流体换热器把热量释放给低温流体。

4、直接接触式换热器直接接触式换热器是两种流体直接接触进行换热的设备，例如，冷水塔、气体冷凝器等。

二、换热器按用途分为：1、加热器加热器是把流体加热到必要的温度，但加热流体没有发生相的变化。

2、预热器预热器预先加热流体，为工序操作提供标准的工艺参数。

3、过热器过热器用于把流体(工艺气或蒸汽)加热到过热状态。

4、蒸发器蒸发器用于加热流体，达到沸点以上温度，使其流体蒸发，一般有相的变化。

三、按换热器的结构可分为：可分为：浮头式换热器、固定管板式换热器、U形管板换热器、板式换热器等。

板式换热器换热量的计算板式换热器是一种常用的热交换设备，广泛应用于化工、电力、制药、石油等工业领域。

它以板作为换热界面，通过板间流体的对流传热和板材的导热，实现了热能的转移。

在使用板式换热器进行换热操作时，需要进行换热量的计算，以确保设备的稳定性和运行效果。

换热量的计算是基于传热原理和换热器的参数来进行的。

首先，我们需要了解以下两个基本参数：1.流体的热容量：热容量是单位质量流体温度升高1摄氏度时所吸收的热量。

它可以通过流体的物性参数和温度关系来计算得出。

2.平均换热温差：换热器工作时，进出口流体温度之差即为换热温差。

如果流体是多组进出口，则需要计算不同组之间的平均热差。

换热温差是计算换热量的关键参数。

换热量的计算方法有多种，下面列举几种常用的方法：方法一：简易法该方法适用于换热温差小于10℃时的情况。

换热量的计算公式为：Q=m*Cp*ΔT其中，Q为换热量（kW），m为流体的质量流量（kg/s），Cp为流体的热容量（kJ/kg·K），ΔT为平均换热温差（K）。

方法二：数值法该方法适用于换热温差大于10℃时的情况。

首先，要计算不同流体的修正换热温差。

修正换热温差的计算公式为：ΔTm = (ΔT1ln(ΔT2/ΔT1))/(ln(ΔT2/ΔT1))其中，ΔT1和ΔT2为流体的进出口温差。

然后，可根据修正温差和流体的热容量来计算换热量。

Q=m*Cp*ΔTm方法三：传热面积法该方法适用于需要更准确计算换热量的情况，通常需要计算传热面积。

传热面积的计算公式为：A = Q / (U * ΔTlm)其中，Q为换热量（kW），U为换热系数（W/m2·K），ΔTlm为平均对数温差（K）。

平均对数温差的计算公式为：ΔTlm = (ΔT1 - ΔT2) / (ln(ΔT1/ΔT2))其中，ΔT1和ΔT2为流体的进出口温差。

需要注意的是，以上的计算方法仅适用于理想状态的换热器。

实际情况中，还需考虑换热器的传热效率、压降、管束间距等因素。

换热器的计算举例换热器的计算举例条件:1.空气量4100m3/h2.空气预热温度t空=300 0C (冷空气为20 0C)3.烟气量V＇＇烟＝6500m3/h (烟气温度为7000C)4.烟气成分（体积％）CO2 H2o O2N219.4 7.5 2.1 71.05.换热器的型式及材质型式：直管形平滑钢管换热器材质：换热管采用Ф 60*3.5毫米无缝钢管材质16Mn钢最高使用温度小于4500C计算举例：一. 主要热之参数的确定１.入换热器空气的温度t＇空=200C出换热器空气的温度t＇＇空=3000C2.入换热器空气量取换热器本身的漏损及管道漏损 3%则V真实=1.03 V＇空=1.03×4100=4223m/h或 V空=1.03V＇空/3600=4223/3600=1.17m/s3.入换热器烟气的温度考虑16Mn铜的最高温度不大于450℃。

初步确定入换热器的烟气温度t′烟=550℃，稀释导数确定如下：烟气700℃的比热为：C烟（700）=0.01（0.501×19.4+0.392×7.5+0.342×2.1+0.325×71）=0.365KJ／m3℃烟气在550℃的比热为：C烟（500）=0.01(0.484×19.4+0.383×7.5+0.337×2.1+0.321×71)=0.358 KJ／m3℃20℃空气的比热为0.311 KJ／m3℃则φ=（i1-i2）/(i2-i0）=(0.365×700-0.385×550)／（0.358×550-0.311×20）=0.3094.入换热器的烟气量V烟=（1+φ）V′烟=（1+0.309）×6500=8508.5m3／h或V烟=8508.5／3600=2.36m3／s5.烟气成分（%）V CO2= V′CO2（V′烟/V烟）=19.4×6500/8508.5=14.82 V H20=V′H2O（V′烟/V烟）=7.5×6500/8508.5=5.73V O2=（V′O2+21φ）V′烟/V烟=（2.1+21×0.309）×6500/8508.5=6.56V N2=（V′N2+79φ）V′烟/V烟=（71+79×0.309）×6500/8508.5=72.89Σ=1006.计算换热气的烟气温度取换热气绝热效率η换=0.90.先假定烟气出口温度为400℃。

换热器计算公式范文换热器计算公式指的是用于计算换热器传热性能的各种参数和关系的数学方程。

换热器是工程领域常用的一种设备，用于将热量从一个介质传递到另一个介质。

换热器的性能与换热器的设计参数密切相关，因此计算公式对于换热器的设计和运行至关重要。

以下是一些常用的换热器计算公式：1.整体换热系数（U值）的计算公式：U=1/[(1/h₁)+δi+(1/h₂)]其中，U为整体换热系数，h₁为热源侧传热系数，h₂为冷凝侧传热系数，δi为传热面各种传热介质之间的传热阻力。

2.热量传递率（Q）的计算公式：Q = U × A × δTlm其中，Q为换热器的热量传递率，U为整体换热系数，A为传热面积，δTlm为对数平均温差。

3. 对数平均温差（δTlm）的计算公式：δTlm = [(δT₁ - δT₂) / ln(δT₁ / δT₂)]其中，δT₁为热源侧入口温度与冷凝侧出口温度的温差，δT₂为热源侧出口温度与冷凝侧入口温度的温差。

4.传热面积（A）的计算公式：A = Q / (U × δTlm)其中，A为传热面积，Q为热量传递率，U为整体换热系数，δTlm为对数平均温差。

5.热源侧传热系数（h₁）的计算公式：h₁=(k₁×ΔT₁)/δ₁其中，h₁为热源侧传热系数，k₁为热源侧传热介质的导热系数，ΔT₁为热源侧的温差，δ₁为热源侧的传热厚度。

6.冷凝侧传热系数（h₂）的计算公式：h₂=(k₂×ΔT₂)/δ₂其中，h₂为冷凝侧传热系数，k₂为冷凝侧传热介质的导热系数，ΔT₂为冷凝侧的温差，δ₂为冷凝侧的传热厚度。

7.温差比（R）的计算公式：R=δT₁/δT₂其中，R为温差比，δT₁为热源侧入口温度与冷凝侧出口温度的温差，δT₂为热源侧出口温度与冷凝侧入口温度的温差。

这些计算公式是根据传热原理和换热器的物理特性推导而来，通过这些公式可以计算出换热器的各种参数和性能，从而进行换热器的设计、选型和优化。

换热器介绍及热效率的简单计算一、换热器的基本概念换热器的定义：凡是用来使热量从热流体传递到冷流体，以满足规定的工艺要求的装置通称换热器。

间壁式——冷热流体分别位于固体壁面两侧，而由壁面间接隔开来。

混合式——冷热流体通过直接接触、相互混合来实现换热。

回热式——冷热流体交替地通过同一换热表面而实现热量交换的设备称为蓄热式换热器。

2、换热器的分类螺旋板式换热器波纹管换热器列管式换热器板式换热器螺旋板换热器管壳式换热器容积式换热器浮头式换热器管式换热器热管换热器汽水换热器翅片管换热器管壳式换热器分为浮头式换热器和固定管板式换热器1、浮头式换热器特点2、浮头式换热器两端的管板，一端不与壳体相连，该端称浮头。

管子受热时，管束连同浮头可以沿轴向自由伸缩，完全消除了温差应力。

浮头式换热器的特点浮头式换热器的一端管板固定在壳体与管箱之间，另一端管板可以在壳体内自由移动，这个特点在现场能看出来。

这种换热器壳体和管束的热膨胀是自由的，管束可以抽出，便于清洗管间和管内。

其缺点是结构复杂，造价高（比固定管板高20%），在运行中浮头处发生泄漏，不易检查处理。

三种类型换热器简介螺旋板式板式交叉流换热器管壳式壳管式套管式)蓄热式混合式间壁式板翅式管翅式管束式浮头式换热器适用于壳体和管束温差较大或壳程介质易结垢的条件。

3、固定管板式换热器(,4E-401, 4E-200)固定管板式换热器主要有外壳、管板、管束、顶盖（又称封头）等部件构成。

在圆形外壳内，装入平行管束，管束两端用焊接或胀接的方法固定在管板上，两块管板与外管直接焊接，装有进口或出口管的顶盖用螺栓与外壳两端法兰相连。

它的特点是结构简单，没有壳侧密封连接，相同的壳体内径排管最多，在有折流板的流动中旁路最小，管程可以分成任何管程数，因两个管板由管子互相支撑，故在各种管壳式换热器中它的管板最薄，造价最低，因而得到广泛应用。

这种换热器的缺点是：壳程清洗困难，有温差应力存在。

当冷热两种流体的平均温差较大，或壳体和传热管材料膨胀系数相差较大，热应力超过材料的许用应力时，在壳体上需设膨胀节，由于膨胀节强度的限制，壳程压力不能太高。

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,。

换热器换热面积的计算公式
其中，A表示换热器的换热面积，单位为m；Q表示热量，单位为W；U表示总传热系数，单位为W/(m·K)；ΔT表示平均温差，单位为K。

2. 管壳式换热器换热面积计算公式：
A = (π×D×L)/(N×S)
其中，A表示换热器的换热面积，单位为m；D表示管子外径，单位为m；L表示管长，单位为m；N表示管子数，个；S表示管子间距，单位为m。

3. 板式换热器换热面积计算公式：
A = N×L×W
其中，A表示换热器的换热面积，单位为m；N表示板数，个；L 表示板长，单位为m；W表示板宽，单位为m。

以上是常见的换热器换热面积计算公式，具体应根据实际情况选择合适的公式进行计算。

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换热器热计算基础换热器是工程中常见的设备，用于在流体之间传递热量。

换热器热计算是指对换热器进行热力学分析和计算，以确定热负荷、传热面积、传热系数等参数的过程。

传热理论是换热器热计算的基础之一、传热过程主要有传导、对流和辐射三种形式。

对于大部分换热器来说，对流传热是主要形式。

传热理论通过数学模型描述了传热过程中的温度场、热流场等参数，这些参数对于换热器设计和性能评估具有重要意义。

传热方法是换热器热计算的基础之一、传热方法包括传导传热、对流传热和辐射传热。

传导传热是指热量通过物质内部的传导方式进行传递。

对流传热是指热量通过流体的对流方式进行传递。

辐射传热是指热量通过辐射方式进行传递。

不同的换热器根据其工作条件和结构，可能会采用不同的传热方法。

传热模型是换热器热计算的基础之一、传热模型是指用数学和物理方法描述换热器内部传热过程的模型。

常见的传热模型包括热平衡模型、LMTD法、NTU法等。

热平衡模型是最简单的传热模型，假设换热器中的热量平衡。

LMTD法（Logarithmic Mean Temperature Difference法）是一种常用的传热模型，它通过计算换热器的LMTD值来估算换热器的传热能力。

NTU法（Number of Transfer Units法）是另一种常用的传热模型，它通过计算传热器的NTU值估算传热器的传热能力。

传热模型的选择取决于具体的换热器设计要求和计算精度的要求。

换热器的结构和运行参数是换热器热计算的基础之一、换热器的结构参数包括传热面积、传热管管径、管道长度等。

传热面积是换热器设计的重要参数，它决定了换热器的传热能力。

传热管管径和管道长度是影响换热器内部流体流动的重要参数，它们决定了流体之间的传热能力和传热阻力。

换热器的运行参数包括进口温度、出口温度、流体流量等。

进口温度和出口温度决定了换热器内部的温度差，它们是计算传热能力的重要参数。

换热器的热计算是工程设计中非常重要的一环。

姓名：杜鑫鑫学号：0903032038合肥学院材料工程基础姓名：班级：09无机非二班学号：\课题名称：换热器及其基本计算指导教师：胡坤宏换热器及其基本计算一、换热器基础知识（1）换热器的定义：换热器是指在两种温度不同的流体中进行换热的设备。

（2）换热器的分类：由于应用场合不同，工程上应用的换热器种类很多，这些换热器照工作原理、结构和流体流程分类。

二、几个不同的换热器（1）管壳式换热器管壳式换热器又称列管式换热器，是一种通用的标准换热设备。

它具有结构简单、坚固耐用、造价低廉、用材广泛、清洗方便、适应性强等优点，应用最为广泛，在换热设备中占据主导地位。

管壳式换热器是把换热管束与管板连接后，再用筒体与管箱包起来，形成两个独立的空间。

管内的通道及与其相贯通的管箱称为管程；管外的通道及与其相贯通的部分称为壳程。

一种流体在管内流动，而另一种流体在壳与管束之间从管外表面流过，为了保证壳程流体能够横向流过管束，以形成较高的传热速率，在外壳上装有许多挡板。

而壳管式换热器又可根据不同分为U形管式换热器、固定管板换热器、浮头式换热器、填料函式换热器几类。

(2) 套管式换热器套管式换热器是用两种尺寸不同的标准管连接而成同心圆套管，外面的叫壳程，内部的叫管程。

两种不同介质可在壳程和管程内逆向流动(或同向)以达到换热的效果。

套管式换热器以同心套管中的内管作为传热元件的换热器。

两种不同直径的管子套在一起组成同心套管，每一段套管称为“一程”，程的内管（传热管）借U形肘管，而外管用短管依次连接成排，固定于支架上。

热量通过内管管壁由一种流体传递给另一种流体。

通常，热流体由上部引入,而冷流体则由下部引入。

套管中外管的两端与内管用焊接或法兰连接。

内管与U形肘管多用法兰连接,便于传热管的清洗和增减。

每程传热管的有效长度取4～7米。

这种换热器传热面积最高达18平方米，故适用于小容量换热。

当内外管壁温差较大时,可在外管设置U形膨胀节或内外管间采用填料函滑动密封，以减小温差应力。

换热器的传热计算换热器的传热计算包括两类：一类是设计型计算，即根据工艺提出的条件，确定换热面积；另一类是校核型计算，即对已知换热面积的换热器,核算其传热量、流体的流量或温度.这两种计算均以热量衡算和总传热速率方程为基础。

换热器热负荷Q 值一般由工艺包提供，也可以由所需工艺要求求得。

Q=W c p Δt,若流体有相变，Q=c p r 。

热负荷确定后，可由总传热速率方程（Q=K S Δt)求得换热面积，最后根据《化工设备标准系列》确定换热器的选型。

其中总传热系数K=0011h Rs kd bd d d Rs d h d o m i i i i ++++ (1）在实际计算中,总传热系数通常采用推荐值，这些推荐值是从实践中积累或通过实验测定获得的,可以从有关手册中查得。

在选用这些推荐值时，应注意以下几点：1. 设计中管程和壳程的流体应与所选的管程和壳程的流体相一致。

2. 设计中流体的性质(粘度等）和状态（流速等）应与所选的流体性质和状态相一致。

3. 设计中换热器的类型应与所选的换热器的类型相一致。

4. 总传热系数的推荐值一般范围很大，设计时可根据实际情况选取中间的某一数值。

若需降低设备费可选取较大的K 值；若需降低操作费用可取较小的K 值。

5. 为保证较好的换热效果，设计中一般流体采用逆流换热,若采用错流或折流换热时，可通过安德伍德（Underwood ）和鲍曼(Bowman)图算法对Δt 进行修正。

虽然这些推荐值给设计带来了很大便利，但是某些情况下，所选K 值与实际值出入很大，为避免盲目烦琐的试差计算，可根据式（1)对K 值估算。

式（1）可分为三部分，对流传热热阻、污垢热阻和管壁导热热阻，其中污垢热阻和管壁导热热阻可查相关手册求得。

由此，K 值估算最关键的部分就是对流传热系数h 的估算.影响对流传热系数的因素主要有：1.流体的种类和相变化的情况液体、气体和蒸气的对流传热系数都不相同。

牛顿型和非牛顿型流体的也有区别，这里只讨论牛顿型对流传热系数。

第2章工艺计算2.1设计原始数据表2—12.2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l（9）选取管长（10）计算管数NT（11）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i（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（16）计算流体流动阻力。

若阻力超过允许值，则需调整设计。

第2章工艺计算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℃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。

2.3.2 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】表2—32.4估算传热面积 2.4.1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 =∆=60000×5.495×310 (330-310)/3600=1831666.67W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 。