换热器的设计1基本原理.ppt

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1、主讲：魏高升主讲：魏高升主讲：魏高升主讲：魏高升Dept.of Thermal Power Engineering NCEPU换热器的设计换热器的设计主讲：魏高升主讲：魏高升主讲：魏高升主讲：魏高升Dept.of Thermal Power Engineering NCEPU魏高升魏高升动力工程系工程热物理教研室动力工程系工程热物理教研室动力工程系工程热物理教研室动力工程系工程热物理教研室 传热传质研究所传热传质研究所传热传质研究所传热传质研究所 办公：教办公：教办公：教办公：教4 4 4 4楼楼楼楼C209C209C209C209房间房间房间房间电话：电话：电话：电话：80798627807

2、98627，5197131851971318EmailEmail：主讲：魏高升主讲：魏高升主讲：魏高升主讲：魏高升Dept.of Thermal Power Engineering NCEPU参考书参考书1.1.换热器原理与设计，余建祖换热器原理与设计，余建祖 编著，北京航空编著，北京航空航天大学出版社，航天大学出版社，200520052.2.换热器换热器，秦叔经，秦叔经，叶文邦等编叶文邦等编，北京，北京-化学化学业出版社业出版社 2003 2003 3.3.电站锅炉空气预热器，国家电力公司电力机电站锅炉空气预热器，国家电力公司电力机械局械局编编，中国电力出版社中国电力出版社，2002 200

3、2 4.4.换热器设计换热器设计，毛希澜主编毛希澜主编，上海科学技术出上海科学技术出版社版社 1988 1988 5.发电厂空冷技术，丁尔谋主编，水利电力出发电厂空冷技术，丁尔谋主编，水利电力出版社，版社，198819886.6.传热学第四版，杨世铭、陶文铨传热学第四版，杨世铭、陶文铨 编著，高等编著，高等教育出版社，教育出版社，20062006年年主讲：魏高升主讲：魏高升主讲：魏高升主讲：魏高升Dept.of Thermal Power Engineering NCEPU第一章第一章 绪绪 论论主讲：魏高升主讲：魏高升主讲：魏高升主讲：魏高升Dept.of Thermal Power Eng

4、ineering NCEPU换热器换热器换热器广泛应用于广泛应用于化工、能源、机械、换热器广泛应用于广泛应用于化工、能源、机械、换热器广泛应用于广泛应用于化工、能源、机械、换热器广泛应用于广泛应用于化工、能源、机械、交通、制冷空调、航空航天以及日常生活等各个领交通、制冷空调、航空航天以及日常生活等各个领交通、制冷空调、航空航天以及日常生活等各个领交通、制冷空调、航空航天以及日常生活等各个领域。域。域。域。换热器不仅是保证某些工艺流程和条件而广泛采用换热器不仅是保证某些工艺流程和条件而广泛采用的设备，也是开发利用工业二次能源，实现余热回的设备，也是开发利用工业二次能源，实现余热回收和节能利用的主

5、要设备。收和节能利用的主要设备。换热器也称热交换器，是把热量从一种介质传给换热器也称热交换器，是把热量从一种介质传给换热器也称热交换器，是把热量从一种介质传给换热器也称热交换器，是把热量从一种介质传给另一种介质的设备另一种介质的设备另一种介质的设备另一种介质的设备主讲：魏高升主讲：魏高升主讲：魏高升主讲：魏高升Dept.of Thermal Power Engineering NCEPU1.换热器的分类换热器的分类按照换热器的工作原理分类按照换热器的工作原理分类按照换热器的工作原理分类按照换热器的工作原理分类 间壁式间壁式间壁式间壁式 混合式（直接接触式）混合式（直接接触式）混合式（直接接触式

6、）混合式（直接接触式）回热式（蓄热式）回热式（蓄热式）回热式（蓄热式）回热式（蓄热式）主讲：魏高升主讲：魏高升主讲：魏高升主讲：魏高升Dept.of Thermal Power Engineering NCEPU 混混混混合合合合式式式式（直直直直接接接接接接接接触触触触式式式式）：换换换换热热热热器器器器内内内内冷冷冷冷、热热热热流流流流体体体体直直直直接接触、互相混合来实现热量交换。接接触、互相混合来实现热量交换。接接触、互相混合来实现热量交换。接接触、互相混合来实现热量交换。典型应用：典型应用：典型应用：典型应用：电厂中的水冷塔电厂中的水冷塔电厂中的水冷塔电厂中的水冷塔 海勒式间接空冷凝

7、汽器海勒式间接空冷凝汽器海勒式间接空冷凝汽器海勒式间接空冷凝汽器 主讲：魏高升主讲：魏高升主讲：魏高升主讲：魏高升Dept.of Thermal Power Engineering NCEPU主讲：魏高升主讲：魏高升主讲：魏高升主讲：魏高升Dept.of Thermal Power Engineering NCEPU 蓄蓄蓄蓄热热热热式式式式：冷冷冷冷、热热热热两两两两种种种种流流流流体体体体依依依依次次次次交交交交替替替替地地地地流流流流过过过过换换换换热热热热器器器器的同一换热面（蓄热体）实现非稳态的热量交换。的同一换热面（蓄热体）实现非稳态的热量交换。的同一换热面（蓄热体）实现非稳态的热

8、量交换。的同一换热面（蓄热体）实现非稳态的热量交换。主讲：魏高升主讲：魏高升主讲：魏高升主讲：魏高升Dept.of Thermal Power Engineering NCEPU优点：结构紧凑，以单位传热面积计优点：结构紧凑，以单位传热面积计算，价格比较便宜。不存在永久性的算，价格比较便宜。不存在永久性的流动停止区域，因此表面具有自清扫流动停止区域，因此表面具有自清扫功能；缺点：主要是泄漏和携带，还功能；缺点：主要是泄漏和携带，还存在密封困难等问题。存在密封困难等问题。主讲：魏高升主讲：魏高升主讲：魏高升主讲：魏高升Dept.of Thermal Power Engineering NCEPU

9、 间间间间壁壁壁壁式式式式(表表表表面面面面式式式式换换换换热热热热器器器器)：其其其其中中中中冷冷冷冷热热热热流流流流体体体体被被被被一一一一个个个个固固固固体体体体壁壁壁壁面面面面隔隔隔隔开开开开，热热热热量量量量通通通通过过过过固固固固体体体体壁壁壁壁面面面面传传传传递递递递。这这这这种种种种换换换换热热热热器器器器要要要要发发发发生生生生热热热热流流流流体体体体与与与与壁壁壁壁面面面面间间间间的的的的对对对对流流流流换换换换热热热热、壁壁壁壁的的的的导导导导热热热热、壁壁壁壁面面面面与与与与冷流体间的对流换热三个环节组成的传热过程。冷流体间的对流换热三个环节组成的传热过程。冷流体间的对

10、流换热三个环节组成的传热过程。冷流体间的对流换热三个环节组成的传热过程。在在在在以以以以上上上上三三三三种种种种类类类类型型型型的的的的换换换换热热热热器器器器中中中中间间间间壁壁壁壁式式式式换换换换热热热热器器器器的的的的用用用用量量量量最大，是占主导地位的换热器型式。最大，是占主导地位的换热器型式。最大，是占主导地位的换热器型式。最大，是占主导地位的换热器型式。主讲：魏高升主讲：魏高升主讲：魏高升主讲：魏高升Dept.of Thermal Power Engineering NCEPU 套管式换热器示意图套管式换热器示意图套管式换热器示意图套管式换热器示意图 间壁式间壁式间壁式间壁式换热器

11、的主要型式：换热器的主要型式：换热器的主要型式：换热器的主要型式：（1 1）套管式换热器套管式换热器套管式换热器套管式换热器 特特特特点点点点：结结结结构构构构简简简简单单单单、牢牢牢牢固固固固可可可可靠靠靠靠、可可可可串串串串并并并并联联联联使使使使用用用用，传传传传热面积有限，传热量小。热面积有限，传热量小。热面积有限，传热量小。热面积有限，传热量小。主讲：魏高升主讲：魏高升主讲：魏高升主讲：魏高升Dept.of Thermal Power Engineering NCEPU （2 2）管壳式换热器管壳式换热器管壳式换热器管壳式换热器 由管子和外壳构成。由管子和外壳构成。由管子和外壳构成。

12、由管子和外壳构成。2 2 2 2壳程、壳程、壳程、壳程、4 4 4 4管程换热器管程换热器管程换热器管程换热器 管壳式换热器结构牢固可靠、耐高温高压。管壳式换热器结构牢固可靠、耐高温高压。管壳式换热器结构牢固可靠、耐高温高压。管壳式换热器结构牢固可靠、耐高温高压。主讲：魏高升主讲：魏高升主讲：魏高升主讲：魏高升Dept.of Thermal Power Engineering NCEPU （3 3）肋片管式换热器肋片管式换热器肋片管式换热器肋片管式换热器 由带肋片的管束构成的换热装置。由带肋片的管束构成的换热装置。由带肋片的管束构成的换热装置。由带肋片的管束构成的换热装置。肋肋肋肋片片片片管管

13、管管式式式式换换换换热热热热器器器器适适适适用用用用于于于于管管管管内内内内液液液液体体体体和和和和管管管管外外外外气气气气体体体体之之之之间间间间的的的的换热，且两侧表面传热系数相差较大的场合。换热，且两侧表面传热系数相差较大的场合。换热，且两侧表面传热系数相差较大的场合。换热，且两侧表面传热系数相差较大的场合。主讲：魏高升主讲：魏高升主讲：魏高升主讲：魏高升Dept.of Thermal Power Engineering NCEPU （4 4）板翅式换热器板翅式换热器板翅式换热器板翅式换热器 由金属板和波纹板形翅片层叠、交错焊接而成。由金属板和波纹板形翅片层叠、交错焊接而成。由金属板和波

14、纹板形翅片层叠、交错焊接而成。由金属板和波纹板形翅片层叠、交错焊接而成。板翅式换热器结构紧凑、传热系数高。板翅式换热器结构紧凑、传热系数高。板翅式换热器结构紧凑、传热系数高。板翅式换热器结构紧凑、传热系数高。主讲：魏高升主讲：魏高升主讲：魏高升主讲：魏高升Dept.of Thermal Power Engineering NCEPU （5 5）板式换热器板式换热器板式换热器板式换热器 由若干片压制成型的波纹状金属板叠加而成。由若干片压制成型的波纹状金属板叠加而成。由若干片压制成型的波纹状金属板叠加而成。由若干片压制成型的波纹状金属板叠加而成。板式换热器传热系数高、阻力相对较小、结构紧凑。板式换

15、热器传热系数高、阻力相对较小、结构紧凑。板式换热器传热系数高、阻力相对较小、结构紧凑。板式换热器传热系数高、阻力相对较小、结构紧凑。主讲：魏高升主讲：魏高升主讲：魏高升主讲：魏高升Dept.of Thermal Power Engineering NCEPU主讲：魏高升主讲：魏高升主讲：魏高升主讲：魏高升Dept.of Thermal Power Engineering NCEPU主讲：魏高升主讲：魏高升主讲：魏高升主讲：魏高升Dept.of Thermal Power Engineering NCEPU （6 6）螺旋板式换热器螺旋板式换热器螺旋板式换热器螺旋板式换热器 由两块金属板卷制而成

16、。由两块金属板卷制而成。由两块金属板卷制而成。由两块金属板卷制而成。螺螺螺螺旋旋旋旋板板板板式式式式换换换换热热热热器器器器传传传传热热热热性性性性能能能能较较较较好好好好、制制制制造造造造工工工工艺艺艺艺简简简简单，但承压、密封性能较差单，但承压、密封性能较差单，但承压、密封性能较差单，但承压、密封性能较差 。主讲：魏高升主讲：魏高升主讲：魏高升主讲：魏高升Dept.of Thermal Power Engineering NCEPU空气空气空气空气 烟气烟气烟气烟气 热管式空气预热器示意图热管式空气预热器示意图热管式空气预热器示意图热管式空气预热器示意图 （7 7）热管式换热器热管式换热器

17、热管式换热器热管式换热器 由多根热管构成。由多根热管构成。由多根热管构成。由多根热管构成。热热热热管管管管式式式式换换换换热热热热器器器器具具具具有有有有较较较较高高高高的的的的传传传传热热热热性性性性能能能能，但但但但热热热热管管管管的的的的制制制制造工艺较复杂，热管的密封性、寿命问题需重点考虑。造工艺较复杂，热管的密封性、寿命问题需重点考虑。造工艺较复杂，热管的密封性、寿命问题需重点考虑。造工艺较复杂，热管的密封性、寿命问题需重点考虑。主讲：魏高升主讲：魏高升主讲：魏高升主讲：魏高升Dept.of Thermal Power Engineering NCEPU 间壁式换热器中冷、热流体的相

18、对流动方向间壁式换热器中冷、热流体的相对流动方向间壁式换热器中冷、热流体的相对流动方向间壁式换热器中冷、热流体的相对流动方向 在在在在冷冷冷冷、热热热热流流流流体体体体进进进进口口口口温温温温度度度度相相相相同同同同、流流流流量量量量相相相相同同同同、换换换换热热热热面面面面面面面面积积积积相相相相同同同同的的的的情情情情况况况况下下下下，流流流流动动动动型型型型式式式式影影影影响响响响冷冷冷冷、热热热热流流流流体体体体的的的的出出出出口口口口温度、换热温差、换热量以及换热器内的温度分布。温度、换热温差、换热量以及换热器内的温度分布。温度、换热温差、换热量以及换热器内的温度分布。温度、换热温差

19、、换热量以及换热器内的温度分布。主讲：魏高升主讲：魏高升主讲：魏高升主讲：魏高升Dept.of Thermal Power Engineering NCEPU2 换热器设计概述换热器设计概述2.12.1换热器的合理设计要求换热器的合理设计要求在给定的工作条件（流体流量，进口温度等）在给定的工作条件（流体流量，进口温度等）下，达到要求的传热量和流体出口温度。下，达到要求的传热量和流体出口温度。流体压降要小，以减少运行中的能量消耗；流体压降要小，以减少运行中的能量消耗；满足外形尺寸和重量的要求；满足外形尺寸和重量的要求；安全可靠，满足最高工作压力、工作温度以及安全可靠，满足最高工作压力、工作温度以

20、及防腐、防漏、工作寿命等方面的要求；防腐、防漏、工作寿命等方面的要求；制造工艺切实可行，选材合理且来源有保证，制造工艺切实可行，选材合理且来源有保证，以减少初投资；以减少初投资；安装、运输以及维护方便等安装、运输以及维护方便等主讲：魏高升主讲：魏高升主讲：魏高升主讲：魏高升Dept.of Thermal Power Engineering NCEPU2.22.2换热器的设计过程换热器的设计过程换热器换热器设计指标设计指标总体布置：总体布置：选定类型、结构及材料选定类型、结构及材料流动形式流动形式传热表面传热表面热设计热设计传热计算传热计算流阻计算流阻计算优化分析优化分析传热表面的传热表面的工作

21、特性工作特性几何参数几何参数流体及材料流体及材料的热物理的热物理性质性质结构设计：结构设计：构造、强度、振动、构造、强度、振动、密封、工艺、维修等密封、工艺、维修等可可供供选选择择的的方方案案评价和抉择评价和抉择评价依据评价依据择优条件择优条件最最佳佳设设计计主讲：魏高升主讲：魏高升主讲：魏高升主讲：魏高升Dept.of Thermal Power Engineering NCEPU第二章第二章 换热器的传热及阻力计算换热器的传热及阻力计算主讲：魏高升主讲：魏高升主讲：魏高升主讲：魏高升Dept.of Thermal Power Engineering NCEPU一、基本参数和方程一、基本参数

22、和方程2.1 换热器的传热计算的基本参数换热器的传热计算的基本参数流体流体1 1的放热热流量的放热热流量 换热器的传热热流量换热器的传热热流量 流体流体2 2的吸热热流量的吸热热流量 主讲：魏高升主讲：魏高升主讲：魏高升主讲：魏高升Dept.of Thermal Power Engineering NCEPU 二、二、换热器的传热热阻换热器的传热热阻 换热器的污垢热阻换热器的污垢热阻换热器的污垢热阻换热器的污垢热阻k k0 0、k k 分分分分别别别别为为为为结结结结垢垢垢垢前后的传热系数前后的传热系数前后的传热系数前后的传热系数 主讲：魏高升主讲：魏高升主讲：魏高升主讲：魏高升Dept.of

23、 Thermal Power Engineering NCEPUK Ko o为为为为以管外壁面积为基准计算的传热系数。以管外壁面积为基准计算的传热系数。以管外壁面积为基准计算的传热系数。以管外壁面积为基准计算的传热系数。主讲：魏高升主讲：魏高升主讲：魏高升主讲：魏高升Dept.of Thermal Power Engineering NCEPU主讲：魏高升主讲：魏高升主讲：魏高升主讲：魏高升Dept.of Thermal Power Engineering NCEPU主讲：魏高升主讲：魏高升主讲：魏高升主讲：魏高升Dept.of Thermal Power Engineering NCEPU间

24、壁式换热器的总传热热阻间壁式换热器的总传热热阻 热流体侧对流换热热阻热流体侧对流换热热阻间壁的导热热阻间壁的导热热阻污垢热阻污垢热阻冷流体侧对流换热热阻冷流体侧对流换热热阻流体与洁净肋片间的对流换热热阻流体与洁净肋片间的对流换热热阻主讲：魏高升主讲：魏高升主讲：魏高升主讲：魏高升Dept.of Thermal Power Engineering NCEPU典型间壁的传热热阻典型间壁的传热热阻 平壁平壁 圆管壁圆管壁 圆管壁外侧带肋片圆管壁外侧带肋片平壁两侧带肋片平壁两侧带肋片主讲：魏高升主讲：魏高升主讲：魏高升主讲：魏高升Dept.of Thermal Power Engineering NC

25、EPU几种常见扩展表面的肋片效率：几种常见扩展表面的肋片效率：对于等截面直肋：对于等截面直肋：肋片效率的影响因素：肋片效率的影响因素：主讲：魏高升主讲：魏高升主讲：魏高升主讲：魏高升Dept.of Thermal Power Engineering NCEPU等厚度环肋：（工程上常用的，简化的）等厚度环肋：（工程上常用的，简化的）管束外整体肋（制冷装置的蒸发器，空冷凝汽器）管束外整体肋（制冷装置的蒸发器，空冷凝汽器）顺排（矩形肋片）：顺排（矩形肋片）：叉排，三角形（六边形肋）：叉排，三角形（六边形肋）：主讲：魏高升主讲：魏高升主讲：魏高升主讲：魏高升Dept.of Thermal Power

26、Engineering NCEPUrbabrbab主讲：魏高升主讲：魏高升主讲：魏高升主讲：魏高升Dept.of Thermal Power Engineering NCEPU三、对数平均温差三、对数平均温差 主讲：魏高升主讲：魏高升主讲：魏高升主讲：魏高升Dept.of Thermal Power Engineering NCEPU顺流与逆流的比较：顺流与逆流的比较：顺流顺流顺流顺流逆流逆流逆流逆流 （1 1 1 1）顺顺顺顺流流流流时时时时冷冷冷冷流流流流体体体体的的的的终终终终温温温温永永永永远远远远低低低低于于于于热热热热流流流流体体体体的的的的终终终终温温温温，而而而而逆逆逆逆流流流

27、流时时时时冷冷冷冷流流流流体体体体的的的的终终终终温温温温可可可可以以以以超过热流体的终温；超过热流体的终温；超过热流体的终温；超过热流体的终温；（2 2 2 2）计计计计算算算算证证证证明明明明，当当当当冷冷冷冷、热热热热流流流流体体体体进进进进出出出出口口口口温温温温度度度度相相相相同同同同时时时时，逆逆逆逆流流流流的的的的平均温差大于顺流平均温差大于顺流平均温差大于顺流平均温差大于顺流；（3 3 3 3）逆逆逆逆流流流流时时时时换换换换热热热热面面面面的的的的温温温温度度度度变变变变化化化化大大大大，容容容容易易易易造造造造成成成成热热热热应应应应力力力力破坏破坏破坏破坏；主讲：魏高升主

28、讲：魏高升主讲：魏高升主讲：魏高升Dept.of Thermal Power Engineering NCEPU 对对对对于于于于如如如如图图图图所所所所示示示示的的的的简简简简单单单单多多多多程程程程交交交交叉叉叉叉流流流流，只只只只要要要要折折折折流流流流一一一一方方方方的的的的折折折折流流流流次次次次数数数数多多多多于于于于4 4 4 4次次次次，就就就就可可可可以以以以按纯逆流或纯顺流来计算。按纯逆流或纯顺流来计算。按纯逆流或纯顺流来计算。按纯逆流或纯顺流来计算。为为为为冷冷冷冷、热热热热流流流流体体体体进进进进、出出出出口口口口温温温温度度度度相相相相同同同同情情情情况况况况下下下下

29、逆逆逆逆流流流流时时时时的对数平均温差；的对数平均温差；的对数平均温差；的对数平均温差；为小于为小于为小于为小于1 1 1 1的修正系数，的修正系数，的修正系数，的修正系数，其它复杂布置时换热器其它复杂布置时换热器平均传热温差的计算平均传热温差的计算 对于复杂的多程交叉流对于复杂的多程交叉流对于复杂的多程交叉流对于复杂的多程交叉流主讲：魏高升主讲：魏高升主讲：魏高升主讲：魏高升Dept.of Thermal Power Engineering NCEPU壳侧壳侧壳侧壳侧1 1程，管侧程，管侧程，管侧程，管侧2 2，4 4，6 6，程时的温差修正系数程时的温差修正系数程时的温差修正系数程时的温差

30、修正系数 主讲：魏高升主讲：魏高升主讲：魏高升主讲：魏高升Dept.of Thermal Power Engineering NCEPU壳侧壳侧壳侧壳侧2 2程，管侧程，管侧程，管侧程，管侧4 4，8 8，1212，程时的温差修正系数程时的温差修正系数程时的温差修正系数程时的温差修正系数 主讲：魏高升主讲：魏高升主讲：魏高升主讲：魏高升Dept.of Thermal Power Engineering NCEPU交叉流，两侧流体都不混合时的温差修正系数交叉流，两侧流体都不混合时的温差修正系数交叉流，两侧流体都不混合时的温差修正系数交叉流，两侧流体都不混合时的温差修正系数 主讲：魏高升主讲：魏高

31、升主讲：魏高升主讲：魏高升Dept.of Thermal Power Engineering NCEPU交叉流，一侧混合、一侧不混合时的温差修正系数交叉流，一侧混合、一侧不混合时的温差修正系数交叉流，一侧混合、一侧不混合时的温差修正系数交叉流，一侧混合、一侧不混合时的温差修正系数 几点说明：几点说明：几点说明：几点说明：（1 1 1 1）图图图图的的的的下下下下半半半半部部部部，尤尤尤尤其其其其R R较较较较大大大大时时时时，曲曲曲曲线线线线几几几几乎乎乎乎竖竖竖竖直直直直，查查查查图图图图误误误误差差差差较较较较大大大大，这这这这时时时时可可可可用用用用PR PR 代代代代替替替替P P，1

32、 1/R/R代代代代替替替替R R查查查查图图图图。对对对对任任任任意意意意一一一一台台台台换换换换热热热热器器器器，都都都都有有有有f f(P,P,R R)=f f(PR,PR,1 1/R/R)，这这这这称称称称为换热器的互易性规则。为换热器的互易性规则。为换热器的互易性规则。为换热器的互易性规则。主讲：魏高升主讲：魏高升主讲：魏高升主讲：魏高升Dept.of Thermal Power Engineering NCEPU（2 2 2 2）若若若若有有有有一一一一侧侧侧侧发发发发生生生生相相相相变变变变，P P、R R中中中中必必必必有有有有一一一一个个个个等等等等于于于于零零零零，此时此时

33、此时此时 =1 1。（3 3 3 3）冷冷冷冷、热热热热流流流流体体体体走走走走管管管管侧侧侧侧还还还还是是是是壳壳壳壳側側側側不不不不影影影影响响响响修修修修正正正正系系系系数数数数，即即即即不影响传热温差。不影响传热温差。不影响传热温差。不影响传热温差。主讲：魏高升主讲：魏高升主讲：魏高升主讲：魏高升Dept.of Thermal Power Engineering NCEPU分别指出分别指出分别指出分别指出（a)a)、(b)(b)两组图中的两个图哪个正确。两组图中的两个图哪个正确。两组图中的两个图哪个正确。两组图中的两个图哪个正确。主讲：魏高升主讲：魏高升主讲：魏高升主讲：魏高升Dept

34、.of Thermal Power Engineering NCEPU2.2 换热器传热计算的基本方法换热器传热计算的基本方法 换热器的热计算分为两种类型：换热器的热计算分为两种类型：换热器的热计算分为两种类型：换热器的热计算分为两种类型：(1)(1)设设设设计计计计计计计计算算算算：根根根根据据据据换换换换热热热热条条条条件件件件和和和和要要要要求求求求，设设设设计计计计一一一一台台台台新新新新换换换换热热热热器器器器，为为为为此此此此需需需需要要要要确确确确定定定定换换换换热热热热器器器器的的的的类类类类型型型型、结结结结构构构构及及及及换换换换热热热热面面面面积积积积。换热器计算的两种方

35、法：换热器计算的两种方法：换热器计算的两种方法：换热器计算的两种方法：1.1.1.1.平均温差法；平均温差法；平均温差法；平均温差法；2.2.效能效能效能效能-传热单元数法。传热单元数法。传热单元数法。传热单元数法。(2)(2)校校校校核核核核计计计计算算算算：核核核核算算算算已已已已有有有有换换换换热热热热器器器器能能能能否否否否满满满满足足足足换换换换热热热热要要要要求求求求，一般需要计算流体的出口温度、换热量及流动阻力等。一般需要计算流体的出口温度、换热量及流动阻力等。一般需要计算流体的出口温度、换热量及流动阻力等。一般需要计算流体的出口温度、换热量及流动阻力等。主讲：魏高升主讲：魏高升

36、主讲：魏高升主讲：魏高升Dept.of Thermal Power Engineering NCEPU 1.1.1.1.换热器传热计算的平均温差法：换热器传热计算的平均温差法：换热器传热计算的平均温差法：换热器传热计算的平均温差法：（1 1 1 1）设计计算：）设计计算：）设计计算：）设计计算：根根根根据据据据生生生生产产产产任任任任务务务务的的的的要要要要求求求求，给给给给定定定定冷冷冷冷、热热热热流流流流体体体体的的的的质质质质量量量量流流流流量量量量 和和和和4 4个个个个进进进进、出出出出口口口口温温温温度度度度中中中中的的的的3 3个个个个，需需需需确确确确定定定定换换换换热热热热器

37、器器器的的的的型型型型式式式式、结结结结构构构构，计计计计算算算算传传传传热热热热系系系系数数数数k、换换换换热热热热面面面面积积积积A、流流流流动动动动阻力及结构强度等。阻力及结构强度等。阻力及结构强度等。阻力及结构强度等。换热器传热计算的基本公式：换热器传热计算的基本公式：换热器传热计算的基本公式：换热器传热计算的基本公式：3 3个个个个方方方方程程程程有有有有8 8个个个个独独独独立立立立变变变变量量量量，只只只只要要要要知知知知道道道道其其其其中中中中5 5个个个个变变变变量量量量，可求其它可求其它可求其它可求其它3 3个。个。个。个。主讲：魏高升主讲：魏高升主讲：魏高升主讲：魏高升D

38、ept.of Thermal Power Engineering NCEPU 设计计算步骤：设计计算步骤：设计计算步骤：设计计算步骤：(a)(a)根根根根据据据据给给给给定定定定的的的的换换换换热热热热条条条条件件件件，如如如如流流流流体体体体性性性性质质质质、流流流流量量量量、温温温温度度度度和和和和压压压压力力力力范范范范围围围围等等等等，选选选选择择择择换换换换热热热热器器器器类类类类型型型型，布布布布置置置置换换换换热热热热面面面面，计计计计算换热面两侧的表面传热系数算换热面两侧的表面传热系数算换热面两侧的表面传热系数算换热面两侧的表面传热系数 及总传热系数及总传热系数及总传热系数及总

39、传热系数k；(b)(b)根据给定条件，由式根据给定条件，由式根据给定条件，由式根据给定条件，由式求出未知的进、出口温度，并求出换热量求出未知的进、出口温度，并求出换热量求出未知的进、出口温度，并求出换热量求出未知的进、出口温度，并求出换热量；(c)(c)由由由由4 4个进出口温度及流动型式求平均温差个进出口温度及流动型式求平均温差个进出口温度及流动型式求平均温差个进出口温度及流动型式求平均温差 ；(d)(d)由由由由式式式式 求求求求出出出出所所所所需需需需的的的的换换换换热热热热面面面面积积积积A，如如如如与与与与初选换热面积不一致，则需重新布置换热面初选换热面积不一致，则需重新布置换热面初

40、选换热面积不一致，则需重新布置换热面初选换热面积不一致，则需重新布置换热面;(e)(e)计计计计算算算算换换换换热热热热器器器器的的的的流流流流动动动动阻阻阻阻力力力力，如如如如果果果果阻阻阻阻力力力力过过过过大大大大，会会会会加加加加大设备的投资和运行费用，须改变方案，重新设计。大设备的投资和运行费用，须改变方案，重新设计。大设备的投资和运行费用，须改变方案，重新设计。大设备的投资和运行费用，须改变方案，重新设计。主讲：魏高升主讲：魏高升主讲：魏高升主讲：魏高升Dept.of Thermal Power Engineering NCEPU (2)(2)(2)(2)校核计算：校核计算：校核计算

41、：校核计算：已已已已知知知知已已已已有有有有换换换换热热热热器器器器的的的的换换换换热热热热面面面面积积积积A、两两两两侧侧侧侧流流流流体体体体的的的的质质质质量量量量流流流流量量量量 、进进进进口口口口温温温温度度度度 等等等等5 5个个个个参参参参数数数数，须须须须计计计计算算算算热热热热、冷流体的出口温度冷流体的出口温度冷流体的出口温度冷流体的出口温度 和换热量和换热量和换热量和换热量 。计算步骤：计算步骤：计算步骤：计算步骤：(a)(a)先先先先假假假假设设设设一一一一个个个个流流流流体体体体的的的的出出出出口口口口温温温温度度度度用用用用热热热热平平平平衡衡衡衡方方方方程程程程式式式

42、式求求求求出出出出换换换换热热热热量量量量 和和和和另一个流体的出口温度；另一个流体的出口温度；另一个流体的出口温度；另一个流体的出口温度；(b)(b)根据流体的根据流体的根据流体的根据流体的4 4个进、出口温度求平均温差个进、出口温度求平均温差个进、出口温度求平均温差个进、出口温度求平均温差 ；(c)(c)计计计计算算算算换换换换热热热热面面面面两两两两侧侧侧侧的的的的表表表表面面面面传传传传热热热热系系系系数数数数 ，进进进进而而而而求得传热系数求得传热系数求得传热系数求得传热系数 k ；(d)(d)由式由式由式由式 求出换热量求出换热量求出换热量求出换热量 ;(e)(e)比比比比较较较较

43、 与与与与 ，如如如如果果果果相相相相差差差差较较较较大大大大,再再再再重重重重新新新新假假假假设设设设流流流流体体体体出口温度，重复上述计算，直到满意为止出口温度，重复上述计算，直到满意为止出口温度，重复上述计算，直到满意为止出口温度，重复上述计算，直到满意为止。主讲：魏高升主讲：魏高升主讲：魏高升主讲：魏高升Dept.of Thermal Power Engineering NCEPU 一一一一台台台台逆逆逆逆流流流流式式式式换换换换热热热热器器器器刚刚刚刚投投投投入入入入工工工工作作作作时时时时的的的的运运运运行行行行参参参参数数数数如如如如下下下下：热热热热流流流流体体体体的的的的质质

44、质质量量量量流流流流量量量量与与与与比比比比热热热热容容容容的的的的乘乘乘乘积积积积 W/KW/K，热热热热流流流流体体体体的的的的进进进进、出出出出口口口口温温温温度度度度分分分分别别别别为为为为 、，冷冷冷冷流流流流体体体体的的的的进进进进、出出出出口口口口温温温温度度度度分分分分别别别别为为为为 、，传传传传热热热热系数系数系数系数k k=800 W/m800 W/m2 2 K K。运行一年后发现，在。运行一年后发现，在。运行一年后发现，在。运行一年后发现，在 、及及及及 、保保保保持持持持不不不不变变变变的的的的情情情情况况况况下下下下，由由由由于于于于结结结结垢垢垢垢使使使使得得得得

45、冷冷冷冷流体只能被加热到流体只能被加热到流体只能被加热到流体只能被加热到 o oC C，试计算：，试计算：，试计算：，试计算：（1 1 1 1）结垢后热流体的出口温度；）结垢后热流体的出口温度；）结垢后热流体的出口温度；）结垢后热流体的出口温度；（2 2 2 2）结垢后换热器的传热系数；）结垢后换热器的传热系数；）结垢后换热器的传热系数；）结垢后换热器的传热系数；（3 3 3 3）换热器单位面积的污垢热阻。）换热器单位面积的污垢热阻。）换热器单位面积的污垢热阻。）换热器单位面积的污垢热阻。主讲：魏高升主讲：魏高升主讲：魏高升主讲：魏高升Dept.of Thermal Power Enginee

46、ring NCEPU 解解解解：（1 1 1 1）如如如如果果果果忽忽忽忽略略略略换换换换热热热热器器器器的的的的散散散散热热热热损损损损失失失失，根根根根据据据据冷冷冷冷、热流体的热平衡，热流体的热平衡，热流体的热平衡，热流体的热平衡，解得解得解得解得 结垢后的传热量为结垢后的传热量为结垢后的传热量为结垢后的传热量为主讲：魏高升主讲：魏高升主讲：魏高升主讲：魏高升Dept.of Thermal Power Engineering NCEPU解得解得解得解得 （2 2）结垢前的对数平均温差结垢前的对数平均温差结垢前的对数平均温差结垢前的对数平均温差 结垢后的对数平均温差结垢后的对数平均温差结垢

47、后的对数平均温差结垢后的对数平均温差 主讲：魏高升主讲：魏高升主讲：魏高升主讲：魏高升Dept.of Thermal Power Engineering NCEPU结垢前结垢前结垢前结垢前结垢后结垢后结垢后结垢后 结垢后的传热系数结垢后的传热系数结垢后的传热系数结垢后的传热系数 （3 3）结垢后结垢后结垢后结垢后换热器单位面积的污垢热阻换热器单位面积的污垢热阻换热器单位面积的污垢热阻换热器单位面积的污垢热阻 结垢后结垢后结垢后结垢后换热器总污垢热阻换热器总污垢热阻换热器总污垢热阻换热器总污垢热阻主讲：魏高升主讲：魏高升主讲：魏高升主讲：魏高升Dept.of Thermal Power Engi

48、neering NCEPU 2.效能效能 传热单元数方法传热单元数方法 效效效效能能能能传传传传热热热热单单单单元元元元数数数数方方方方法法法法（EffectivenessEffectivenessNumber Number of of Transfer Units methodTransfer Units method），简写为，简写为，简写为，简写为 -NTUNTU方法。方法。方法。方法。（1 1 1 1）基本定义）基本定义）基本定义）基本定义 换热器效能：换热器效能：换热器效能：换热器效能：分分分分母母母母为为为为换换换换热热热热器器器器中中中中可可可可能能能能的的的的最最最最大大大大温

49、温温温差差差差，而而而而分分分分子子子子为为为为较较较较小小小小热热热热容容容容流流流流体体体体的的的的温温温温度度度度变变变变化化化化的的的的绝绝绝绝对对对对值值值值。换换换换热热热热器器器器效效效效能能能能表表表表示示示示换换换换热热热热器器器器中中中中的实际传热量与理论上最大可能的传热量之比。的实际传热量与理论上最大可能的传热量之比。的实际传热量与理论上最大可能的传热量之比。的实际传热量与理论上最大可能的传热量之比。主讲：魏高升主讲：魏高升主讲：魏高升主讲：魏高升Dept.of Thermal Power Engineering NCEPU 传热单元数：传热单元数：传热单元数：传热单元数

50、：传热单元数传热单元数传热单元数传热单元数NTUNTU反映换热器传热能力大小反映换热器传热能力大小反映换热器传热能力大小反映换热器传热能力大小 。（2 2 2 2）-NTUNTU 关系式关系式关系式关系式 以顺流为例，假定热流体热容较小，即以顺流为例，假定热流体热容较小，即以顺流为例，假定热流体热容较小，即以顺流为例，假定热流体热容较小，即根据效能的定义，根据效能的定义，根据效能的定义，根据效能的定义，主讲：魏高升主讲：魏高升主讲：魏高升主讲：魏高升Dept.of Thermal Power Engineering NCEPU根据冷、热流体的热平衡，根据冷、热流体的热平衡，根据冷、热流体的热平