板式换热器计算设计（一）基本概念及对应公式

概述

　换热器从概念上来讲。就是让冷热介质进行热交换，已达到加热或制冷的目的。
　从交换介质来划分，就有了：气-气，气-液，液-液等多种形式；
　从换热器结构来划分，常见就有了：

名称	翅片式	管翘式	板式	钎焊式
外形
备注	多用于气体-气体，气体-液体的换热	容器中浸没了盘管结构，用于液体-液体换热	隔板分割冷热介质，含有密封条	板式扩展出的一种，板-板之间采用钎焊的方式，无密封条

　以前，对于换热器，我总是买来用就是了，近期有个项目，需要设计它，可是我不会啊。
怎么办？
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正文

本文主要以液体-液体的换热方式来描述，原理上并不难，两种液体间隔金属板进行热交换，高温介质热量流向低温介质，忽略环境散热，热量应守恒。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）

基本概念：

　理论基础要打好，才能真正理解后面公式所表达的意义：
相变：介质是否发生了从一种相（态）忽然变成另一种相，最常见的是冰变成水和水变成蒸气。
比热容（Cp）：即单位质量物体改变单位温度时吸收或放出的热量。即令1kg的物质的温度上升1开尔文所需的热量。单位：kJ/(kg·K)
热导率（λ）：又称“ 导热系数 ” 在物体内部垂直于导热方向取两个相距1米，面积为1平方米的平行平面，若两个平面的温度相差1K，则在1秒内从一个平面传导至另一个平面的热量就规定为该物质的热导率，。单位：W/m.℃、W/m.K
注意：单位换算中：W/m.℃ = W/m.K
换热系数（α）：这个就稍微有点复杂，总得来说就是流体与固体表面之间的换热能力，比如说，物体表面与附近介质温差1℃，单位时间（1s）单位面积上通过对流与附近介质交换的热量。单位为W/(m^2·℃)或J/(m^2·s·℃)。换热系数的数值与换热过程中流体的物理性质、换热表面的形状、部位以及流体的流速等都有密切关系。理论推导可参考：努赛尔准则式
总传热系数（k）：上面的换热系数（α）表达的是介质和金属板面的的换热能力，那作为换热器，有多个换热板，结合换热板面的厚度，是否存在污垢，多重因素综合起来的总换热系数。

理论公式：

板式换热器
在 进行热衡算时，无相变化的传热过程其表达式又有所区别。（本文主要描述板式换热器无相变介质的热传递）

式中 Q--冷流体吸收或热流体放出的热流量，W；
mh,mc-----热、冷流体的质量流量，kg/s；
Cph,Cpc------热、冷流体的比定压热容，kJ/(kg·K)；
T1,t1 ------热、冷流体的进口温度，K；
T2,t2------热、冷流体的出口温度，K。
从上式中，我们就可以得到热负荷 Q， 那热负荷又存在以下公式：
Q = m · cp · dt
Q = k · A · LMTD
Q = 热负荷 (kW)
m = 质量流速 (kg/s)
cp = 比热 (kJ/kg ℃)
dt = 介质的进出口温度差 (℃)
k = 总传热系数 (W/m2 ℃)
A = 传热面积 (m2)
LMTD = 对数平均温差
关于LMTD的计算：
逆流时：

并流时:

总的传热系数用下式计算：

其中：
k=总传热系数(W/m2 ℃)
α1 = 一次测的换热系数(W/m2 ℃)
α2 = 一次测的换热系数(W/m2 ℃)
δ=传热板片的厚度(m)
λ=板片的导热系数 (W/m ℃)
R1、R2分别是两侧的污垢系数 (m2 ℃/W)
α1、α2可以用努赛尔准则式求得。

结尾：

　比较匆忙，空了再写吧，不过上面的公式已经够用了，可以看出，根据上面的公式：
已知：
（1）热介质入口温度；
（2）热介质出口温度；（一般为期望值）
（3）热介质流量；
（4）冷介质入口温度；
（5）冷介质出口温度；（一般未知）
（6）冷介质流量；
　只需要知道上面任意5个参数，根据热负荷守恒，就可以推导出剩余的1个，但我们在设计换热器或选择换热器的时候，热交换面积是一个非常重要的参数，要想推导热交换面积，就没那么简单了，困难就出在总传热系数K值不好确定，要想通过公式推导，确实复杂，至少不适合新手或外行，总传热系数的计算要涉及到详细的板式换热器结构设计。
　也就是说，先有结构设计，才能计算换热面积，网上很多教程为了便捷，直接给的是经验值系数，但范围宽的离谱，比如：

　我认为这样的经验系数是没法用的，影响结果极大，已经没啥意义了，那就没办法了吗？
　当然有，我们可以借助换热器专业厂家的产品计算软件或excel来计算，只要我们需求的产品和板式换热器结构类似，就可以套用他们的结构设计来计算换热面积，而且不用繁琐的公式计算，我后面推荐和分享几个小软件或程序，快速计算换热面积。