板式换热器的换热计算方法

1、板式换热器的计算方法板式换热器的计算是一个比较复杂 的过程，目前比较流行的方法是对数平均 温差法和NTU法。在计算机没有普及的时 候，各个厂家大多采用计算参数近似估算 和流速-总传热系数曲线估算方法。目前， 越来越多的厂家采用计算机计算，这样， 板式换热器的工艺计算变得快捷、方便、 准确。以下简要说明无相变时板式换热器 的一般计算方法，该方法是以传热和压降 准则关联式为基础的设计计算方法。以下五个参数在板式换热器的选型计算 中是必须的：总传热量（单位:kW）.一次侧、二次侧的进出口温度一次侧、二次侧的允许压力降最高工作温度最大工作压力如果已知传热介质的流量，比热容以及进 出口的温度差，总传热量

2、即可计算得出。温度T1 =热侧进口温度T2 =热侧出口温度t1 =冷侧进口温度t2=冷侧出口温度热负荷热流量衡算式反映两流体在换热过 程中温度变化的相互关系，在换热器保温 良好，无热损失的情况下，对于稳态传热 过程，其热流量衡算关系为：（热流体放出的热流量）=（冷流体吸收 的热流量）在进行热衡算时，对有、无相变化的 传热过程其表达式又有所区别。(1)无相变化传热过程2 n 叫叫0 -马)式中Q-冷流体吸收或热流体放出的热 流量，W;mh,m-热、冷流体的质量流量，kg/s;G,C-热、冷流体的比定压热容，kJ/(kg K)；Ti,t热、冷流体的进口温度，K;T2,t2热、冷流体的出口温度，Ko

3、(2)有相变化传热过程两物流在换热过程中，其中一侧物流 发生相变化，如蒸汽冷凝或液体沸腾，其 热流量衡算式为：一侧有相变化0二切F巧(4一居)二两侧物流均发生相变化，如一侧 冷凝另一侧沸腾的传热过程0 = T6=式中,物流相变热，J/kg；D,Di,D2相变物流量，kg/so对于过冷或过热物流发生相变时的 热流量衡算，则应按以上方法分段进行加 和计算。对数平均温差（LMTD）对数平均温差是换热器传热的动力， 对数平均温差的大小直接关系到换热器 传热难易程度.在某些特殊情况下无法计 算对数平均温差，此时用算术平均温差代 替对数平均温差，介质在逆流情况和在并 流情况下的对数平均温差的计算方式是不同

4、的。 在一些特殊情况下，用算术平 均温差代替对数平均温差。逆流时:LKTD=(T1-T4)-(T2-T3)门-T&I2-T3并流时:LNTD=(Tl-T3)-(T2-74)TlT3T2-T4InIn热长(F)热长和一侧的温度差和对数平均温差相关联。 F = dt/LMTD以下四个介质的物理性质影响的传热密度、粘度、比热容、导热系数总传热系数总传热系数是用来衡量换热器传热阻力 的一个参数。传热阻力主要是由传热板片 材料和厚度、污垢和流体本身等因素构 成。单位：W/m2 C or kcal/h,m2 C.压力降压力降直接影响到板式换热器的大小，如 果有较大的允许压力降，则可能减少换热 器的

5、成本，但会损失泵的功率，增加运行 费用。一般情况下，在水水换热情况下， 允许压力降一般在20-100KPa是可以解接 受的。污垢系数和管壳式换热器相比，板式换热器中水的 流动是处于高湍流状态，同一种介质的相 对于板式换热器的污垢系数要小的多。在 无法确定水的污垢系数的情况下，在计算 时可以保留10%的富裕量。计算方法热负荷可以用下式表示：Q = m cp dtQ = kA L MTDQ =热负荷（kW）m =质量流速（kg/s）cp =比热（kJ/kg C）出二介质的进出口温度差 （°C）k二总传热系数（W/m2 C ）A =传热面积（m2）LMTD =对数平均温差总的传热系数用下式

6、计算：其中：k=总传热系数（W/m2 C）a 1二一次测的换热系数（W/m2 C）a 2二一次测的换热系数（W/m2 C）6转热板片的厚度（m）入板片的导热系数（W/m C）R1、R2分别是两侧的污垢系数 （m2 C/W）ah a 2可以用努赛尔准则式求得。传热效率和传热单元数法在传热计算中，传热速率方程和热流量衡 算式将换热器和换热物流的各参数关联 起来。当已知工艺物流的流量、进、出温 度时，可根据前面介绍的方法，计算平均 传热温差 tm及热流量Q,从而求得所需的 传热面积A,此类问题即前面提及的设计 型计算问题。然而，当给定两物流的流量、进口温 度以及传热面积、传热系数 K时，却难以 采取

7、解析方法直接确定两流体的出口温 度。往往需采用试差方法求解。此类问题 即前面所提及的操作型计算问题。对此， 若采用1955年由凯斯和伦敦导出的传热 效率及传热单元数法，则能避免试差而方 便地求得其解。传热效率 传热单元数假设冷、热两流体在一传热 在换热器中，取微元 面为无穷大的间壁换热器内进 传热面积，由热流量衡算 行逆流换热，其结果必然会有一 和传热速率方程可得：dQ -对于热流体：7-E (%白/'仃 KdA为传热单元数取丁-£ = &、（F*为常数,则有皿二R二上4k对于冷流体：多个换热器串联港NTU = £（NTUi-L传热单元数物理意义： 全部温差

8、变化相当于多少 平均，NTU数值上表示 单 位传热推动力引起的温度 变化；表明了换热器传热（a）传热实际情况端达到平衡，或是热流体出口温 度降到冷流体的入口温度；或是 冷流体的出口温度升到热流体 的入口温度，如图中（b）及所 示。然而究竟哪一侧流体能获得 最大的温度变化（Tit）,这将 取决于两流体热容量流率（mG） 的相对大小。由热流量衡算式得：可见，只有热容量流率相对 小的流体才有可能获得较大的 温度变化，将该流体的热容量流 率以（mC）min表示，而相对大的 热容量流率表示为（mC）max。能力的强弱。（b）冷流体CPcmc 相对小的理论极限情况热流体Cm。 相对小的理论 极限情况传热效率与传热单元数的关系换热器中传热效率与传热 单元数的关系可根据热流 量衡算及传热速率方程导将换热器实际热流量Q与 其无限大传热面积时的最大可 能传热量Qmax之比）称为换热热容量流率比器的传热效率a 当融力较小时（柳Q）黄% -十）为-A 伽”，GF 刀-占逆流整理