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化工设计常用计算公式速查手册 · 06 换热器传热计算

GB/T 151-2014 ｜ TEMA

6.1 热负荷衡算
无相变：Q=qm⋅cp⋅ΔT\text{无相变：}Q = q_{m} \cdot c_{p} \cdot \Delta T
有相变：Q=qm⋅r\text{有相变：}Q = q_{m} \cdot r
热平衡：Q热侧=Q冷侧+Q损失\text{热平衡：}Q_{\text{热侧}} = Q_{\text{冷侧}} + Q_{\text{损失}}
Q
热负荷，kW（或 kJ/h，全式单位统一）
qm
质量流量，kg/s
cp
平均定压比热容，kJ/(kg·K)
ΔT
进出口温差，K
r
相变潜热，kJ/kg
适用范围与用法：部分冷凝/部分汽化时分段计算显热与潜热；热损失一般按热负荷的小比例估计，或在保温良好时忽略。
依据：能量守恒定义式，无经验系数。本条为叙述性条目，未配在线计算。
6.2 传热速率方程与所需面积
Q=K⋅A⋅ΔtmQ = K \cdot A \cdot \Delta t_{m}
A=QK⋅ΔtmA = \dfrac{Q}{K \cdot \Delta t_{m}}
1K=1αo+Ro+δwλw+Ri+1αi\dfrac{1}{K} = \dfrac{1}{\alpha _{o}} + R_{o} + \dfrac{\delta _{w}}{\lambda _{w}} + R_{i} + \dfrac{1}{\alpha _{i}}
K
总传热系数，W/(m²·K)
A
传热面积，m²
Δtm
有效平均温差，K（见 6.3）
αo、αi
管外、管内对流传热系数
Ro、Ri
管外、管内污垢热阻（按 TEMA 或工程数据）
δw、λw
管壁厚度与导热系数
适用范围与用法：第二式为忽略内外表面积差的平壁简化式，管壁较厚时应按面积比修正。K 取经验值时，所得面积宜再留设计余量后选标准规格，余量按项目规定。
依据：传热基本方程；结构与制造要求见 GB/T 151-2014，污垢热阻参考 TEMA。
6.3 对数平均温差与温差校正
Δtm,逆流=Δt1−Δt2ln⁡(Δt1/Δt2)\Delta t_{m,\text{逆流}} = \dfrac{\Delta t_{1} - \Delta t_{2}}{\ln (\Delta t_{1} / \Delta t_{2})}
Δtm=Ft⋅Δtm,逆流\Delta t_{m} = F_{t} \cdot \Delta t_{m,\text{逆流}}
Δt1、Δt2
换热器两端的冷热流体温差，K
Ft
多管程/多壳程流型的温差校正系数，按 P、R 参数查图或公式
适用范围与用法：Δt1 = Δt2 时取算术平均。Ft 过低说明温度交叉明显、面积利用差，工程上通常要求 Ft 不低于 0.8，否则增加壳程数或改为纯逆流布置。
依据：传热学定义式；Ft ≥ 0.8 为工程惯例，不是标准强制条款。