4.3 换热器相关计算公式及数据
4.3.1 换热器分类
（1）按传热原理分类
按传热原理的换热器分类如表4-5所示。
表4-5 按传热原理的换热器分类
（2）按结构分类
基于结构的换热器分类如图4-4所示。
图4-4 基于结构的换热器分类
4.3.2 常用换热器特点
常用换热器的基本特点如表4-6所示。
表4-6 常用换热器的基本特点
4.3.3 换热器设计计算
（1）换热器选型考虑因素
换热器选型时需考虑的因素主要有如下几方面。
①冷、热流体的性质。
②冷、热流体流量及传热负荷。
③冷、热流体温度、压力、允许压降。
④对清洗、维修的要求。
⑤设备结构、材料、尺寸、空间的要求。
⑥价格。
（2）换热器设计计算基本方程
换热器设计计算的基本方程为：
Q=kFΔTM （4-76）
Q=mHcH（THI-THO） （4-77）
Q=mLcL（TLO-TLI） （4-78）
式中，Q为换热器中冷、热流体之间的传热量，W；F为换热器的传热面积，m2；k为基于传热面积F的换热器传热系数，W/（m2·℃）；ΔTM为换热器中冷、热流体之间的平均传热温差， ℃；mH为换热器中热流体的质量流量，kg/s；cH为换热器中热流体的比热容，J/（kg·℃）；THI为热流体的进口温度， ℃；THO为热流体的出口温度， ℃；mL为换热器中冷流体的质量流量，kg/s；cL为换热器中冷流体的比热容，J/（kg·℃）；TLI为冷流体的进口温度， ℃；TLO为冷流体的出口温度， ℃。
其中换热器平均传热温差ΔTM与冷、热流体的流动方式密切相关。换热器中冷、热流体的典型流动方式如图4-5所示。
图4-5 换热器中冷、热流体的典型流动方式
顺流换热器和逆流换热器中冷、热流体的沿程温度变化如图4-6所示。
图4-6 顺流换热器和逆流换热器中冷、热流体的沿程温度变化
对顺流换热器，冷、热流体之间的对数平均传热温差计算式为：
（4-79）
对逆流换热器，冷、热流体之间的对数平均传热温差计算式为：
ΔTA=THI-TLO （4-80）
ΔTB=THO-TLI （4-81）
ΔT1D=max（ΔTA，ΔTB） （4-82）
ΔT2D=min（ΔTA，ΔTB） （4-83）
（4-84）
当换热器中有一侧流体是相变换热时，则换热器的对数平均传热温差如下。
对冷凝器：
（4-85）
对蒸发器：
（4-86）
式中，TC为工质的冷凝温度， ℃；TE为工质的蒸发温度， ℃。
热泵系统中换热器流体温度变化和进、出口温差通常不太大，换热器的平均传热温差也可采用近似计算式计算：
ΔTM=ΔTHL-aΔT1-bΔT2 （4-87）
ΔTHL=THI-TLI （4-88）
ΔTH=THI-THO （4-89）
ΔTL=TLO-TLI （4-90）
ΔT1=max（ΔTH，ΔTL） （4-91）
ΔT2=min（ΔTH，ΔTL） （4-92）
式中，ΔTHL为热流体的进口温度与冷流体的进口温度之差， ℃；ΔTH为热流体的进、出口温度之差， ℃；ΔTL为冷流体进、出口温度之差， ℃；ΔT1为ΔTH与ΔTL之中的较大者， ℃；ΔT2为ΔTH与ΔTL之中的较小者， ℃；a、b为修正系数，无量纲，其取值如表4-7所示。
表4-7 换热器平均传热温差近似计算式中的修正系数
（3）换热器设计方法
基于平均温差法的换热器的设计流程如图4-7所示。
图4-7 基于平均温差法的换热器的设计流程
（4）换热器的性能校核
换热器设计完成后，需对其变工况性能进行校核，校核流程如图4-8所示。
图4-8 基于平均温差法的换热器校核步骤
（5）换热器设计及校核时常用的经验数据
①流体在换热器内流动的允许压降 流体在换热器内流动时允许压降一般如表4-8所示。
表4-8 流体在换热器内流动的允许压降
注：1atm=101.325kPa。
②操作温度 对水箱式（沉浸式）蒸发器，工质蒸发温度宜比水出口温度低4～6℃。
对壳管式蒸发器，工质蒸发温度宜比水出口温度低2～4℃，但不应低于2℃。
对空气为载能介质的蒸发器，工质蒸发温度应比空气出口温度至少低3～5℃。
立式壳管式冷凝器中载能介质温升一般为1.5～4℃；卧式氟利昂壳管式冷凝器的载能介质温升一般为3～5℃，壳管式换热器对数平均传热温差一般为6～7℃。
氟利昂套管式冷凝器的载能介质温升一般为5～8℃，对数平均传热温差一般为6～8℃。
强制通风冷凝器的空气温升一般为8～10℃，对数平均传热温差一般为8～12℃。
③传热系数 典型换热器的经验传热系数如表4-9所示。
表4-9 典型换热器的经验传热系数
④换热器内流体速度 对壳管式换热器，流体管内流动的流速范围为（使其尽量处于紊流状态，以获得较高的对流换热系数）淡水0.7～3.5m/s，海水0.7～2.5m/s，有机液体 0.5～2.0m/s，蒸气5～15m/s，气液混合物2～6m/s；流体在壳程的流速为水及稀溶液0.5～1.5m/s，有机液体0.3～1.0m/s，蒸气3～6m/s，气液混合物0.5～3m/s。
由于水对钢管的冲蚀性较强，在氨冷凝器中水速一般为0.8～1.2m/s（海水时小于0.7m/s）；对采用低肋铜管的氟利昂冷凝器，水速可在1.7～2.5m/s。
套管式换热器中，水速一般为1.0～2.5m/s。
对空气换热器，其迎面风速一般为2～3m/s，换热器中最窄截面风速应控制在不超过6m/s（车辆等场合可略高，但一般也不超过7m/s）。
氟利昂蒸气在冷凝器进气接管内的流速为10～18m/s（进气接管管径一般与压缩机排气管管径相同）。
氟利昂液体在冷凝器出液接管内的流速一般为0.5m/s（出液管管径一般与干燥过滤器或储液器、电磁阀的接管管径相同）。
在换热器的进、出水接管中，水流速一般为1m/s。
此外，水侧流速也可参考其年运行时间选取，如表4-10所示。
表4-10 年运行小时数与允许水流速的关系
⑤换热面材料 选择换热器传热面材料时，需考虑与介质的相容性。部分换热管材料对水类介质的耐蚀性情况如表4-11所示。
表4-11 部分换热管材料对水类介质的耐蚀性
注：A表示适用；B表示有经验时选用；C表示不适用。