换热器的热点交换是如何计算的,江苏睿翌
“换热器的热点交换”通常指的是换热器的热负荷计算，也就是计算换热器在单位时间内能够交换的热量。这是换热器设计和选型中核心的计算。
下面我将为您详细解释这个计算过程，力求清晰易懂。
核心计算公式
换热器热计算的基本公式（传热方程）是：
Q = U × A × ΔTm
其中：
Q： 热负荷或传热速率，单位是瓦（W）或千瓦（kW）。这就是您想要求的“交换的热量”。
U： 总传热系数，单位是 W/(m²·℃)。它代表了换热器整体的传热能力，数值越大，传热效率越高。
A： 传热面积，单位是平方米（m²）。指的是参与热交换的管壁或板片的总面积。
ΔTm： 对数平均温差，单位是摄氏度（℃）。这是考虑到冷、热流体沿传热面温度变化而计算出的一个“平均温差”，比简单的算术平均。
这个公式的含义是：交换的总热量等于传热系数、传热面积和有效平均温差三者的乘积。
计算步骤详解
要计算Q，我们需要分别确定公式右边的三个参数。
一步：确定热负荷 (Q)
通常，热负荷可以通过冷流体或热流体的能量守恒关系来求出。有两种计算方法，结果应该是一致的：
通过热流体放出的热量计算：
Q = m_h × c_ph × (T_h1 - T_h2)
m_h： 热流体的质量流量（kg/s）
c_ph： 热流体的定压比热容（J/(kg·℃)）
T_h1, T_h2： 热流体的进口和出口温度（℃）
通过冷流体吸收的热量计算：
Q = m_c × c_pc × (T_c2 - T_c1)
m_c： 冷流体的质量流量（kg/s）
c_pc： 冷流体的定压比热容（J/(kg·℃)）
T_c1, T_c2： 冷流体的进口和出口温度（℃）
在设计和校核计算中，Q通常是已知或需要首先确定的工艺要求。
二步：计算对数平均温差 (ΔTm)
不能用算术平均温差？因为当冷热流体逆流或顺流时，温差沿传热面是变化的。
通用计算公式：
ΔTm = (ΔT1 - ΔT2) / ln(ΔT1 / ΔT2)
其中：
ΔT1： 换热器一端（入口端）的温差。
ΔT2： 换热器另一端（出口端）的温差。
如何确定ΔT1和ΔT2取决于流型（流动形式）：
逆流： 冷热流体反向流动。
ΔT1 = T_h1 - T_c2 （热流体进口处温差）
ΔT2 = T_h2 - T_c1 （热流体出口处温差）
顺流： 冷热流体同向流动。
ΔT1 = T_h1 - T_c1 （流体刚进入换热器时的温差）
ΔT2 = T_h2 - T_c2 （流体离开换热器时的温差）
提示： 对于更复杂的流型，如交叉流、壳管式换热器（多程），计算出的ΔTm需要乘以一个修正系数F（F ≤ 1），即 ΔTm_correced = F × ΔTm_逆流。修正系数F需要通过查图表确定。
三步：确定总传热系数 (U)
这是计算中复杂的一步，因为它综合了所有传热阻力。U值是各项热阻之和的倒数。
计算公式：
1/U = 1/h_h + R_fh + δ/λ + R_fc + 1/h_c
其中：
h_h： 热流体侧的对流传热系数（W/(m²·℃)）
h_c： 冷流体侧的对流传热系数（W/(m²·℃)）
R_fh, R_fc： 热流体侧和冷流体侧的污垢热阻（m²·℃/W）。这是一个经验值，考虑设备运行后结垢、腐蚀等带来的附加热阻。
δ： 传热壁的厚度（m）
λ： 传热壁材料的导热系数（W/(m·℃)）
确定h_h和h_c需要根据流体的物性、流动状态（层流或湍流）、换热器类型（管程还是壳程）等，选择相应的经验公式（如迪图斯-贝尔特公式等）进行计算，过程较为专业。
在实际工程中，U值常常根据经验选取一个范围。 例如：
水-水换热： 800 - 1500 W/(m²·℃)
气-水换热： 10 - 50 W/(m²·℃)
蒸汽冷凝-水换热： 1000 - 4000 W/(m²·℃)
第四步：计算传热面积 (A)
当Q，U，ΔTm都确定后，就可以利用核心公式求出所需的传热面积A，这是设计换热器尺寸的关键。
A = Q / (U × ΔTm)
