1、標準系列化管殼式換熱器的設計計算步驟（1）了解換熱流體的物理化學性質和腐蝕性能（2）計算傳熱量，并確定第二種流體的流量（3）確定流體進入的空間（4）計算流體的定性溫度，確定流體的物性數據（5）計算有效平均溫度差，一般先按逆流計算，然后再校核（6）選取經驗傳熱系數（7）計算傳熱面積（8）查換熱器標準系列，獲取其基本參數（9）校核傳熱系數，包括管程、殼程對流給熱系數的計算。假如核算的K與原選的經驗值相差不大，就不再進行校核。若相差較大，則需重復（6）以下步驟（10）校核有效平均溫度差（11）校核傳熱面積（12）計算流體流動阻力。若阻力超過允許值，則需調整設計。非標準系列化列管式換熱器的設計計算步驟

2、（1）了解換熱流體的物理化學性質和腐蝕性能（2）計算傳熱量，并確定第二種流體的流量（3）確定流體進入的空間（4）計算流體的定性溫度，確定流體的物性數據（5）計算有效平均溫度差，一般先按逆流計算，然后再校核（6）選取管徑和管內流速（7）計算傳熱系數，包括管程和殼程的對流傳熱系數，由于殼程對流傳熱系數與殼徑、管束等結構有關，因此，一般先假定一個殼程傳熱系數，以計算K，然后再校核（8）初估傳熱面積，考慮安全因素和初估性質，常采用實際傳熱面積為計算傳熱面積值的1.151.25倍（9）選取管長（10）計算管數（11）校核管內流速，確定管程數（12）畫出排管圖，確定殼徑和殼程擋板形式及數量等（13）校核殼

3、程對流傳熱系數（14）校核平均溫度差（15）校核傳熱面積（16）計算流體流動阻力。若阻力超過允許值，則需調整設計。正戊烷立式管殼式冷凝器的設計（標準系列）一、設計任務1.處理能力：2.376×104t/a正戊烷；2.設備形式：立式列管式冷凝器。二、操作條件1.正戊烷：冷凝溫度51.7，冷凝液于飽和溫度下離開冷凝器；2.冷卻介質：為井水，流量70000kg/h，入口溫度32；3.允許壓降：不大于105Pa；4.每天按330天，每天按24小時連續運行。三、設計要求選擇適宜的列管式換熱器并進行核算。附：正戊烷立式管殼式冷卻器的設計工藝計算書（標準系列）正戊烷立式管殼式冷凝器的設計工藝計算書

4、（標準系列）本設計的工藝計算如下：此為一側流體為恒溫的列管式換熱器的設計。1.確定流體流動空間冷卻水走管程，正戊烷走殼程，有利于正戊烷的散熱和冷凝。2.計算流體的定性溫度，確定流體的物性數據正戊烷液體在定性溫度（51.7）下的物性數據（查化工原理附錄）井水的定性溫度：入口溫度為，出口溫度為式中井水的定性溫度為兩流體的溫差，故選固定管板式換熱器兩流體在定性溫度下的物性數據如下物性流體溫度密度kg/m3粘度mPa·s比熱容kJ/(kg·)導熱系數W/(m·)正戊烷51.75960.182.340.13井水35.67993.70.7174.1740.6273.計算熱負荷

5、4.計算有效平均溫度差逆流溫差5.選取經驗傳熱系數K值根據管程走井水，殼程走正戊烷，總傳熱系數，現暫取。6.估算換熱面積7.初選換熱器規格立式固定管板式換熱器的規格如下公稱直徑D500mm公稱換熱面積S40m2管程數Np.2管數n.172管長L.3.0m管子直徑.管子排列方式.正三角形換熱器的實際換熱面積該換熱器所要求的總傳熱系數8.核算總傳熱系數（1）計算管程對流傳熱系數（湍流）故（2）計算殼程對流傳熱系數因為立式管殼式換熱器，殼程為正戊烷飽和蒸汽冷凝為飽和液體后離開換熱器，故可按蒸汽在垂直管外冷凝的計算公式計算現假設管外壁溫，則冷凝液膜的平均溫度為，這與其飽和溫度很接近，故在平均膜溫45.

6、85下的物性可沿用飽和溫度51.7下的數據，在層流下：（3）確定污垢熱阻（4）總傳熱系數所選換熱器的安全系數為表明該換熱器的傳熱面積裕度符合要求。（5）核算壁溫與冷凝液流型核算壁溫時，一般忽略管壁熱阻，按以下近似計算公式計算，這與假設相差不大，可以接受。核算流型冷凝負荷（符合層流假設）9.計算壓強降（1）計算管程壓降（Ft結垢校正系數，Np管程數，Ns殼程數）取碳鋼的管壁粗糙度為0.1mm，則，而，于是對的管子有（2）計算殼程壓力降殼程為恒溫恒壓蒸汽冷凝，可忽略壓降。由此可知，所選換熱器是合適的。列管式換熱器的設計列管式換熱器的應用已有很悠久的歷史。現在，它被當作一種傳統的標準換熱設備在很多工

7、業部門中大量使用，尤其在化工、石油、能源設備等部門所使用的換熱設備中，列管式換熱器仍處于主導地位。同時板式換熱器也已成為高效、緊湊的換熱設備，大量地應用于工業中。為此本章對這兩類換熱器的工藝設計進行介紹。列管式換熱器的設計資料較完善，已有系列化標準。目前我國列管式換熱器的設計、制造、檢驗、驗收按“鋼制管殼式(即列管式)換熱器”(GB151)標準執行。 列管式換熱器的設計和分析包括熱力設計、流動設計、結構設計以及強度設計。其中以熱力設計最為重要。不僅在設計一臺新的換熱器時需要進行熱力設計，而且對于已生產出來的，甚至已投人使用的換熱器在檢驗它是否滿足使用要求對，均需進行這方面的工作。 熱力設計指的

8、是根據使用單位提出的基本要求，合理地選擇運行參數，并根據傳熱學的知識進行傳熱計算。 流動設計主要是計算壓降，其目的就是為換熱器的輔助設備例如泵的選擇做準備。當然，熱力設計和流動設計兩者是密切關聯的，特別是進行熱力計算時常需從流動設計中獲取某些參數。 結構設計指的是根據傳熱面積的大小計算其主要零部件的尺寸，例如管子的直徑、長度、根數、殼體的直徑、折流板的長度和數目、隔板的數目及布置以及連接管的尺寸，等等。在某些情況下還需對換熱器的主要零部件特別是受壓部件做應力計算，并校核其強度。對于在高溫高壓下工作的換熱器，更不能忽視這方面的工作。這是保證安全生產的前提。在做強度計算時，應盡量采用國產的標準材料

9、和部件，根據我國壓力容器安全技術規定進行計算或校核(該部分內容屬設備計算，此處從略)。 1.1設計方案的確定 1.1.1換熱器類型的選擇 （1）固定管板式換熱器 （2）浮頭式換熱器 （3）填料函式換熱器 （4）U型管換熱器 1.1.2 流動空間的選擇 在管殼式換熱器的計算中，首先需決定何種流體走管程，何種流體走殼程，這需遵循一些一般原則。 應盡量提高兩側傳熱系數較小的一個，使傳熱面兩側的傳熱系數接近。 在運行溫度較高的換熱器中，應盡量減少熱量損失，而對于一些制冷裝置，應盡量減少其冷量損失。 管、殼程的決定應做到便于清洗除垢和修理，以保證運行的可靠性。 應減小管子和殼體因受熱不同而產生的熱應力。

10、從這個角度來說，順流式就優于逆流式，因為順流式進出口端的溫度比較平均，不像逆流式那樣，熱、冷流體的高溫部分均集中于一端，低溫部分集中于另一端，易于因兩端脹縮不同而產生熱應力。 對于有毒的介質或氣相介質，必使其不泄漏，應特別注意其密封，密封不僅要可靠，而且還應要求方便及簡單。 應盡量避免采用貴金屬，以降低成本。 以上這些原則有些是相互矛盾的，所以在具體設計時應綜合考慮，決定哪一種流體走管程，哪一種流體走殼程。 （1）宜于通入管內空間的流體 不清潔的流體 因為在管內空間得到較高的流速并不困難，而流速高，懸浮物不易沉積，且管內空間也便于清洗。 體積小的流體 因為管內空間的流動截面往往比管外空間的截面

11、小，流體易于獲得必要的理想流速，而且也便于做成多程流動。 有壓力的流體 因為管子承壓能力強，而且還簡化了殼體密封的要求。 腐蝕性強的流體 因為只有管子及管箱才需用耐腐蝕材料，而殼體及管外空間的所有零件均可用普通材料制造，所以造價可以降低。此外，在管內空間裝設保護用的襯里或覆蓋層也比較方便，并容易檢查。 與外界溫差大的流體 因為可以減少熱量的逸散。 （2）宜于通入管間空間的流體 當兩流體溫度相差較大時，值大的流體走管間，這樣可以減少管壁與殼壁間的溫度差，因而也減少了管束與殼體間的相對伸長，故溫差應力可以降低。 若兩流體給熱性能相差較大時，值小的流體走管間，此時可以用翅片管來平衡傳熱面兩側的給熱條

12、件，使之相互接近。 和蒸汽 對流速和清理無甚要求，并易于排除冷凝液。 粘度大的流體 管間的流動截面和方向都在不斷變化，在低雷諾數下，管外給熱系數比管內的大。 泄漏后危險性大的流體 可以減少泄漏機會，以保安全。 此外，易析出結晶、沉渣、淤泥以及其他沉淀物的流體，最好通入比較更容易進行機械清洗的空間。在管殼式換熱器中，一般易清洗的是管內空間。但在U形管、浮頭式換熱器中易清洗的都是管外空間。 1.1.3 流速的確定 當流體不發生相變時，介質的流速高，換熱強度大，從而可使換熱面積減少、結構緊湊。成本降低，一般也可抑止污垢的產生。但流速大也會帶來一些不利的影響，諸如壓降P增加，泵功率增大，且加劇了對傳熱

13、面的沖刷。換熱器常用流速的范圍見表2-2和表2-3。 表2-2 換熱器常用流速的范圍 ? 介質 循環水 新鮮水 一般液體 易結垢液體 低粘度油 高粘度油 氣體 流速 管程流速，m/s1.02.00.81.50.53>1.00.81.80.51.5530殼程流速，m/s0.51.50.51.50.21.5>0.50.41.00.30.8215表2-3 列管式換熱器易燃、易爆液體和氣體允許的安全流速 液體名稱 乙醚、二氧化碳、苯 甲醇、乙醇、汽油 丙酮 氫氣 安全流速，m/s<1<23<1081.1.4 加熱劑、冷卻劑的選擇 工業上常用的載熱體及其適用場合列于表2-4

14、，供選用時參考。 1.1.5 流體出口溫度的確定 換熱終溫有時是由工藝過程的需要決定的。當換熱終溫可以選擇時，由于該溫度影響到熱強度和換熱效率，因此對換熱器操作的經濟合理性由影響。在冷流體的出口溫度與熱流體的進口溫度相等的極限情況下，換熱效率雖然很大，但熱強度很小，需要的傳熱面積為最大。另外在決定換熱終溫時，一般不希望冷流體的出口溫度高于熱流體的出口溫度，否則會出現反傳熱現象，當遇到這種情況時，可采用幾個換熱器串聯的方法解決。為了合理地規定換熱終溫，可參考下述數據。 （1）熱端的溫差20。（2）冷端的溫差分三種情況考慮： 兩種工藝流體換熱時，在一般情況下，冷端溫差20； 兩種工藝流體換熱時，若

15、熱流體尚需進一步加熱，則冷端溫差15； 表2-4? 載熱體的種類及適用范圍  載熱體名稱 溫度范圍/優? 點 缺? 點 加熱劑 熱 水 40100可利用工業廢水和冷凝水廢熱作為回收 只能用于低溫，傳熱情況不好，本身易冷卻，溫度不易調節 飽和蒸汽 100180易于調節，冷凝潛熱大，熱利用率高 溫度升高，壓力也高，設備有困難。180時對應的壓力為10MPa高溫載熱體 聯苯混合物 液體：15255蒸汽：255380加熱均勻，熱穩定性好，溫度范圍寬，易于調節，高溫時的蒸汽壓很低，熱焓值與水蒸汽接近，對普通金屬不腐蝕 價昂，易滲透軟性石棉填料，蒸汽易燃燒，但不爆炸，會刺激人的鼻粘膜 水銀蒸汽

16、400800熱穩定性好，沸點高，加熱溫度范圍大，蒸汽壓低 劇毒，設備操作困難 氯化鋁-溴化鋁共熔混合物蒸汽 200300500以下，混合物蒸汽是熱穩定的，不含空氣時對黑色金屬無腐蝕，不燃燒，不爆炸，無毒，價廉，來源較方便 蒸汽壓較大，300為1.22MPa礦物油 250不需高壓加熱，溫度較高 粘度大，傳熱系數小，熱穩定性差，超過250時易分解，易著火，用節困難 甘油 200250無毒，不爆炸，價廉，來源方便，加熱均勻 極易吸水，且吸水后出點急劇下降 四氯聯苯 100300400以下有較好的熱穩定性，蒸汽壓低，對鐵、鋼、不銹鋼、青銅等均不腐蝕 蒸汽可使人體肝臟發生疾病 熔鹽 142530常壓下溫

17、度高 比熱變小 煙道氣 1000溫度高 傳熱差，比熱害小，易局部過熱 電熱法 可達3000溫度范圍大，可得特高溫度，易調節 成本高 冷卻劑 水 080價廉，來源方便  空氣 30價廉，在缺水地區尤為適宜  鹽水 -150用于低溫冷卻  氨蒸汽 -15用于冷凍工業  采用水或其他冷卻劑冷卻時，冷端溫差5。如果超出上述數據，應通過技術經濟比較來決定換熱終溫。 （3）冷卻水的出口溫度不宜太高，否則會加快水垢的生成。對于經過良好凈化的新鮮水，出口溫度可達到45或稍高一些；對于凈化較差的冷卻水，出口溫度建議不要超過40。 1.1.6 材質的選擇 在進行換熱器設計時

18、，換熱器各種零、部件的材料，應根據設備的操作壓力、操作溫度。流體的腐蝕性能以及對材料的制造工藝性能等的要求來選取。當然，最后還要考慮材料的經濟合理性。一般為了滿足設備的操作壓力和操作溫度，即從設備的強度或剛度的角度來考慮，是比較容易達到的，但材料的耐腐蝕性能，有時往往成為一個復雜的問題。在這方面考慮不周，選材不妥，不僅會影響換熱器的使用壽命，而且也大大提高設備的成本。至于材料的制造工藝性能，是與換熱器的具體結構有著密切關系。 一般換熱器常用的材料，有碳鋼和不銹鋼。 （1）碳鋼 價格低，強度較高，對堿性介質的化學腐蝕比較穩定，很容易被酸腐蝕，在無耐腐蝕性要求的環境中應用是合理的。如一般換熱器用的

19、普通無縫鋼管，其常用的材料為10號和20號碳鋼。 （2）不銹鋼 奧氏體系不銹鋼以1Crl8Ni9Ti為代表，它是標準的18-8奧氏體不銹鋼，有穩定的奧氏體組織，具有良好的耐腐蝕性和冷加工性能。1.2 列管式換熱器的結構 1.2.1 管程結構 介質流經傳熱管內的通道部分稱為管程。 （1） 換熱管布置和排列問距 常用換熱管規格有19×2 mm、25×2 mm(1Crl8Ni9Ti)、25×2.5 mm(碳鋼10)。小直徑的管子可以承受更大的壓力，而且管壁較薄；同時，對于相同的殼徑，可排列較多的管子，因此單位體積的傳熱面積更大，單位傳熱面積的金屬耗量更少。所以，在管程結

20、垢不很嚴重以及允許壓力降較高的情況下，采用19mm×2mm直徑的管子更為合理。如果管程走的是易結垢的流體，則應常用較大直徑的管子，有時采用38mm×2.5mm或更大直徑的管子。 標準管子的長度常用的有1500mm，2000mm，3000mm，6000mm等。當選用其他尺寸的管長時，應根據管長的規格，合理裁用，避免材料的浪費。 換熱管管板上的排列方式有正方形直列、正方形錯列、三角形直列、三角形錯列和同心圓排列，如圖2-2所示。    (a) 正方形直列    （b）正方形錯列   (c)

21、 三角形直列     （d）三角形錯列  （ e）同心圓排列 圖2-2>管子布置方式 正三角形排列結構緊湊；正方形排列便于機械清洗；同心圓排列用于小殼徑換熱器，外圓管布管均勻，結構更為緊湊。我國換熱器系列中，固定管板式多采用正三角形排列；浮頭式則以正方形錯列排列居多，也有正三角形排列。 對于多管程換熱器，常采用組合排列方式。每程內都采用正三角形排列，而在各程之間為了便于安裝隔板，采用正方形排列方式。 管板上兩管子中心的距離a稱為管心距（或管間距）。管心距取決于管板的強度、清洗管子外表面時所需的空隙、管子在管板上的固定方法等。當管子采用焊接

22、方法固定時，相鄰兩根管的焊縫太近，會相互受到影響，使焊接質量不易保證。而常用脹接法固定時，過小的管心距會造成管板在脹接時由于擠壓力的作用發生變形，失去管子與管板之間的連接力。 根據生產實際經驗，當管子外徑為d0時，管心距a一般采用： 焊接法? a = 1.25 do；脹接法? a = （1.301.50）do； 小直徑的管子? a do+10mm； 最外層管中心至殼體內表面的距離 d0+10mm； 管子材料常用的為碳鋼、低合金鋼、不銹鋼、銅、銅鎳合金、鋁合金等。應根據工作壓力。溫度和介質腐蝕性等條件決定。此外還有一些非金屬材料，如石墨、陶瓷、聚四氟乙烯等亦有采用。在設計和制造換熱器時，正確選用

23、材料很重要。既要滿足工藝條件的要求，又要經濟。對化工設備而言，由于各部分可采用不同材料，應注意由于不同種類的金屬接觸而產生的電化學腐蝕作用。 （2） 管板 管板的作用是將受熱管束連接在一起，并將管程和殼程的流體分隔開來。 管板與管子的連接可脹接或焊接。脹接法是利用脹管器將管子擴脹，產生顯著的塑性變形，靠管子與管板間的擠壓力達到密封緊固的目的。脹接法一般用在管子為碳素鋼，管板為碳素鋼或低合金鋼，設計壓力不超過4 MPa，設計溫度不超過350的場合。焊接法在高溫高壓條件下更能保證接頭的嚴密性。 管板與殼體的連接有可拆連接和不可拆連接兩種。固定管板常采用不可拆連接。兩端管板直接焊在外殼上并兼作法蘭，

24、拆下頂蓋可檢修脹口或清洗管內。浮頭式、U型管式等為使殼體清洗方便，常將管板夾在殼體法蘭和頂蓋法蘭之間構成可拆連接。 （3） 封頭和管箱 1.2.2 殼程結構 介質流經傳熱管外面的通道部分稱為殼程。 殼程內的結構，主要由折流板、支承板、縱向隔板、旁路擋板及緩沖板等元件組成。由于各種換熱器的工藝性能、使用的場合不同，殼程內對各種元件的設置形式亦不同，以此來滿足設計的要求。各元件在殼程的設置，按其不同的作用可分為兩類：一類是為了殼側介質對傳熱管最有效的流動，來提高換熱設備的傳熱效果而設置的各種擋板，如折流板、縱向擋板。旁路擋板等；另一類是為了管束的安裝及保護列管而設置的支承板、管束的導軌以及緩沖板等

25、。 （1）殼體 殼體是一個圓筒形的容器，殼壁上焊有接管，供殼程流體進人和排出之用。直徑小于400mm的殼體通常用鋼管制成，大于400mrn的可用鋼板卷焊而成。殼體材料根據工作溫度選擇，有防腐要求時，大多考慮使用復合金屬板。 介質在殼程的流動方式有多種型式，單殼程型式應用最為普遍。如殼側傳熱膜系數遠小于管側，則可用縱向擋板分隔成雙殼程型式。用兩個換熱器串聯也可得到同樣的效果。為降低殼程壓降，可采用分流或錯流等型式。 殼體內徑D取決于傳熱管數N、排列方式和管心距t。計算式如下： 單管程 D=t(nc-1)+(23)d0(2-1)式中 t管心距，mm； d0換熱管外徑，mm； nc橫過管束中心線的管

26、數，該值與管子排列方式有關。 正三角形排列： 2-2)正方形排列： 2-3)多管程(2-4)式中 N排列管子數目； 管板利用率。 正角形排列：2管程 =0.70.85>4管程? =0.60.8正方形排列：2管程 =0.550.7>4管程? =0.450.65殼體內徑D的計算值最終應圓整到標準值。 （2）折流板 在殼程管束中，一般都裝有橫向折流板，用以引導流體橫向流過管束，增加流體速度，以增強傳熱；同時起支撐管束、防止管束振動和管子彎曲的作用。 折流板的型式有圓缺型、環盤型和孔流型等。圓缺形折流板又稱弓形折流板，是常用的折流板，有水平圓缺和垂直圓缺兩種，如圖2-4(a)、(b)所示。

27、切缺率(切掉圓弧的高度與殼內徑之比)通常為2050。垂直圓缺用于水平冷凝器、水平再沸器和含有懸浮固體粒子流體用的水平熱交換器等。垂直圓缺時，不凝氣不能在折流板頂部積存，而在冷凝器中，排水也不能在折流板底部積存。弓形折流板有單弓形和雙弓形，如圖2-5，雙弓形折流板多用于大直徑的換熱器中。 環盤型折流板如圖2-4(C)所示，是由圓板和環形板組成的，壓降較小，但傳熱也差些。在環形板背后有堆積不凝氣或污垢，所以不多用。 孔流型折流板使流體穿過折流板孔和管子之間的縫隙流動，壓降大，僅適用于清潔流體，其應用更少。 折流板的間隔，在允許的壓力損失范圍內希望盡可能小。一般推薦折流板間隔最小值為殼內徑的1/5或

28、者不小于50 mm，最大值決定于支持管所必要的最大間隔。 （3）緩沖板 （5）殼程接管 1.3 列管式換熱器的設計計算 1.3.1 設計步驟 目前，我國已制訂了管殼式換熱器系列標準，設計中應盡可能選用系列化的標準產品，這樣可簡化設計和加工。但是實際生產條件千變萬化，當系列化產品不能滿足需要時，仍應根據生產的具體要求自行設計非系列標準的換熱器。此處將扼要介紹這兩者的設計計算的基本步驟。 （1）非系列標準換熱器的一般設計步驟 了解換熱流體的物理化學性質和腐蝕性能。 由熱平衡計算傳熱量的大小，并確定第二種換熱流體的用量。 決定流體通入的空間。 計算流體的定性溫度，以確定流體的物性數據。 初算有效平均

29、溫差。一般先按逆流計算，然后再校核。選取管徑和管內流速。計算傳熱系數K值，包括管程對流傳熱系數和殼程對流傳熱系數的計算。由于殼程對流傳熱系數與殼徑、管束等結構有關，因此一般先假定一個殼程對流傳熱系數，以計算K值，然后再作校核。 初估傳熱面積。考慮安全系數和初估性質，常取實際傳熱面積是計算值的1.151.25倍。 選擇管長L。計算管數N。校核管內流速，確定管程數。 畫出排管圖，確定殼徑D和殼程擋板形式及數量等。 校核殼程對流傳熱系數。 校核有效平均溫差。 校核傳熱面積，應有一定安全系數，否則需重新設計。 計算流體流動阻力。如阻力超過允許范圍，需調整設計，直至滿意為止。 （2）系列標準換熱器選用的

30、設計步驟 至步與(1)相同。 選取經驗的傳熱系數K值。 計算傳熱面積。由系列標準選取換熱器的基本參數。 校核傳熱系數，包括管程、殼程對流傳熱系數的計算。假如核算的K值與原選的經驗值相差不大，就不再進行校核；如果相差較大，則需重新假設K值并重復上述以下步驟。 校核有效平均溫差。校核傳熱面積，使其有一定安全系數，一般安全系數取1.1 1.25，否則需重行設計。 計算流體流動阻力，如超過允許范圍，需重選換熱器的基本參數再行計算。 從上述步驟來看，換熱器的傳熱設計是一個反復試算的過程，有時要反復試算23次。所以，換熱器設計計算實際上帶有試差的性質。 2.3.2 傳熱計算主要公式 傳熱速率方程式 Q=K

31、Stm (2-5)式中? Q傳熱速率(熱負荷)，W； K總傳熱系數，W/(m2·)； S與K值對應的傳熱面積，m2； tm平均溫度差，。 （1）傳熱速率(熱負荷)Q傳熱的冷熱流體均沒有相變化，且忽略熱損失，則 Q=Whcph(T1-T2)=Wccpc(t2-t1) (2-6)式中? W流體的質量流量，kg/h或kg/s； cp流體的平均定壓比熱容，kJ/(kg·)； T熱流體的溫度，； ?t冷流體的溫度，。 下標h和c分別表示熱流體和冷流體，下標1和2分別表示換熱器的進口和出口。 流體有相變化，如飽和蒸汽冷凝，且冷凝液在飽和溫度下排出，則 Q=Whr=Wccpc(t2-tl

32、) (2-7)式中? W飽和蒸汽的冷凝速率，kg/h或kg/s； r飽和蒸汽的氣化熱，kJ/kg。 （2）平均溫度差tm恒溫傳熱時的平均溫度差 tm=T-t(2-8)變溫傳熱時的平均溫度差 逆流和并流 2-9) (2-10)式中 t1、t2分別為換熱器兩端熱、冷流體的溫差，。 錯流和折流 2-11)式中? 按逆流計算的平均溫差，； 溫差校正系數，無量綱， (2-12)(2-13)溫差校正系數根據比值P和R，通過圖2-10圖2-13查出。該值實際上表示特定流動形式在給定工況下接近逆流的程度。在設計中，除非出于必須降低壁溫的目的，否則總要求，如果達不到上述要求，則應改選其他流動形式。 （4） 總傳

33、熱系數K(以外表面積為基準)（5） 注意在通常的操作過程中，傳熱系數是個變量，由于污垢熱阻是變化的，因此設計中選擇污垢熱阻時，應結合清洗周期來考慮。若污垢熱阻選得太小，清洗周期會很短，所需傳熱面積會較小；反之，所需傳熱面積會較大，所以應該全面衡量，做出選擇。總傳熱系數的計算公式為： 圖2-10 對數平均溫差校正系數t圖2-11對數平均溫差校正系數t 圖2-12 對數平均溫差校正系數t圖2-13 對數平均溫差校正系數t(2-14)式中 K總傳熱系數，W/(m2·)； i，o傳熱管內、外側流體的對流傳熱系數，W/(m2·)； Rsi，Rso傳熱管內、外側表面上的污垢熱

34、阻，m2·/W； di，do，dm傳熱管內徑、外徑及平均直徑，m； 傳熱管壁導熱系數，W/(m·)； b傳熱管壁厚，m。 總傳熱系數的經驗值見表2-6，有關手冊中也列有其他情況下的總傳熱系數經驗值，可供設計時參考。選擇時，除要考慮流體物性和操作條件外，還應考慮換熱器的類型。 表2-6 總傳熱系數的選擇 管  程 殼  程 總傳熱系數/W/（m2·K） 水（流速為0.91.5m/s） 水（流速為0.91.5m/s） 582698水 水（流過較高時） 8141163冷水 輕有機物0.5mPa·s467814冷水 中有機物0.5l mPa&

35、#183;s290698冷水 重有機物l mPa·s116467鹽水 輕有機物0.5mPa·s233582有機溶劑 有機溶劑0.30.55mPa·s198233輕有機物0.5mPa·s輕有機物0.5mPa·s233465中有機物0.5l mPa·s中有機物0.5l mPa·s116349重有機物l mPa·s重有機物l mPa·s58233水（流速為1m/s） 水蒸氣（有壓力）冷凝 23264652水 水蒸氣（常壓或負壓）冷凝 17453489水溶液2mPa·s水蒸氣冷凝 11631071水溶液

36、2mPa·s水蒸氣冷凝 5822908有機物0.5mPa·s水蒸氣冷凝 5821193有機物0.5l mPa·s水蒸氣冷凝 291582有機物1mPa·s水蒸氣冷凝 114349水 有機物蒸汽及水蒸氣冷凝 5821163水 重有機物蒸汽（常壓）冷凝 116349水 重有機物蒸汽（負壓）冷凝 58174水 飽和有機溶劑蒸汽（常壓）冷凝 5821163水 含飽和水蒸氣的氯氣（50） 174349水 SO2冷凝 8141163水 NH3冷凝 698930水 氟里昂冷凝 756（4）對流傳熱系數 傳熱膜系數的關聯式與傳熱過程是否存在相變、換熱器的結構及流動狀態等

37、因素有關。關于傳熱膜系數的關聯式很多，在選用時應注意其適用的范圍。具體形式見表2-7及表2-8。 表2-7 流體無相變時的對流傳熱系數 流動狀態 關  聯  式 適  用  條  件 強制對流 有夾套的槽 m=0.67? 有盤管的槽 m=0.62攪拌器 換熱器 渦流 槳式 推進式 錨式 夾套的a 0.620.360.540.46蛇管的a 1.50.870.83 裝有攪拌器的圓槽 定性溫度：取槽內液體的平均溫度 Re=d2n/ , Nu=D/D:容器（攪拌器）直徑 d:攪拌器漿葉直徑 管內強制對流 圓直管內湍流 低粘度流體； 流體被加熱

38、n=0.4,被冷卻n=0.3;Re>10000, 0.7<Pr<120,? L/di>60L/di<60, ×(1+di/ L)0.7彎管、蛇管 ×(1+1.77di/ R)高粘度流體；Re>10000, 0.7<Pr<120,? L/di>60定性溫度：流體進出口溫度的算術平均值(W取壁溫)圓直管內滯流 管徑較小，流體與壁面溫度差較小， /較大；Re<2300, 0.6<Pr<6700,  (RePrL/di)>100;  特征尺寸：di 定性溫度：流體進出口溫度的算術平均值

39、(W取壁溫)圓直管內過渡流 2300<Re<10000管外強制對流 管束外垂直 直列、錯列管束，管束排數=10，Re>3000特征尺寸：管外徑do 流速取通道最狹窄處。 管間流動 殼方流體圓缺擋板（25%）, Re=2×1031×106特征尺寸：當量直徑de 定性溫度：流體進出口溫度的算術平均值(W取壁溫)用前面的管內強制湍流或層流公式計算 但要用當量直徑de代替d。 無折流擋板 圓缺形折流擋板 Re=1026×104特征尺寸：當量直徑de 定性溫度：流體進出口溫度的算術平均值(W取壁溫)盤環形折流擋板 Re=3×1022×1

40、04特征尺寸：當量直徑de 定性溫度：流體進出口溫度的算術平均值(W取壁溫)表2-8 流體相變對流傳熱系數 流動狀態 關  聯  式 適  用  條  件 蒸? 汽? 冷? 凝 垂直管外膜滯流 特征尺寸：垂直管的高度 定性溫度：tm=(tw+ts)/2kcsjImages 水平管束外冷凝 n水平管束在垂直列上的管數，膜滯流 特征尺寸：管外徑do（6） 污垢熱阻 （7） 在設計換熱器時，必須采用正確的污垢系數，否則熱交換器的設計誤差很大。因此污垢系數是換熱器設計中非常重要的參數。污垢熱阻因流體種類、操作溫度和流速等不同而各異。常見流體的污垢熱阻參見表2-9和表2-10。 （8） 表2-9 流體的污垢熱阻加熱流體溫度， <115115205水的溫度，<25>25水的流速，(m/s)<1.0>1.0<1.0>1.0污垢熱阻，(m2·/W)海水 0.8598×10-41.7197×10-4自來水、井水、鍋爐軟水 1.7197×10-43.4394×10-4蒸餾水 0.8598×10-40.8598×10-4硬水 5.1590×10-48.5980×10-4河水 5