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第五节热量衡算与热交换计算

一、热量衡算

传热计算根据总传热方程进行：Q=KA△t

m

对于一个热交换器，传热计算的内容有两种，一为设计计算，即根

据给定的传热量，确定热交换器的几何尺寸和结构参数；二为校核计算，

即对某些热交换器，根据它的尺寸和结构进行校核，看其能否满足传热

量的要求。这两种计算的关键都在于传热面积是否合适，计算的基本依

据是总传热方程以及与之相关的热量衡算式，在第四节中，已对总传热

方程进行了较为详细的讨论，下面介绍热交换中的热量衡算式。

当热损失为零时，对热交换器作热量衡算可得到单位时间的传热量，

此传热量又叫热负荷，即式3-20中的传热速率Q。

热负荷分为两种，即工艺热负荷和设备热负荷，工艺热负荷是指工

艺上要求的在单位时间内需要对物料加入或取出的热量，用Q表示，单

L

位为W。设备热负荷是热交换器所具备的换热能力，所以设备热负荷也

就是热交换器的传热速率Q。当热损失不可忽略时，为满足工艺要求，Q

应大于Q。

L

由热量衡算得到的是工艺热负荷Q。如果流体不发生相变化，比热

L

取平均温度下的比热，则有：

Q=wc(T-T)=wc(t-t)(3-29)

Lhph12cpc21

式中w流体的质量流量，kg/s；

c流体的平均定压比热，kJ/(kg·K);

p

T热流体温度，K；

t冷流体温度，K；

（下标h和c分别表示热流体和冷流体，下标1和2表示热交换器

的进口和出口）式3-29是热交换器的热量衡算式，也称为热平衡方程。

若流体在换热过程中有相变，例如饱和蒸汽冷凝成同温度冷凝液时，则

有：

Q=wr=wc(t-t)(3-30)

Lhcpc21

式中w饱和蒸汽的冷凝速率，kg/s；

h

r饱和蒸汽的冷凝潜热，kJ/kg；

当饱和蒸汽在热交换器中冷凝后，冷凝液液温度继续下降到T,两部分热

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量（即潜热和显热）要加起来计算，这时：

Q=w[r+c(Ts-T)]=wc(t-t)

Lhph2cpc21

式中c冷凝液的比热，kJ/kg·K；

ph

T冷凝液饱和温度，K。

s

为满足工艺要求，应该使热交换器的传热速率等于或略大于工艺热负荷，

即：

Q≥Q(3-31)

L

二、热交换计算

将总传热方程与热量衡算式结合起来，可解决热交换计算中设计型

和校核型的问题，分别举例如下：

3

例3-7在列管式热交换器中，用饱和温度为126℃的蒸汽将470m/hr

的某一溶液从40℃加热到45℃，采用φ38*3*2000mm的钢管

（λ=46.5w/m·K）,试计算所需传热面积的管数n.

2

已知：水蒸汽α=11600w/m·K；

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