传热计算器
能量衡算、换热器、保温以及加热或冷却时间的 13 项计算,附公式和练习题。
能量衡算
显热
无相变。cp 随温度变化,取平均温度下的值。结果为负表示放热。
潜热(蒸汽、冰)
仅计潜热(饱和蒸汽冷凝为饱和凝结水)。凝结水过冷还会多放出少量显热。数值取自水蒸气表并取整。
两股物流混合温度
两股为同一流体(cp 相同),无相变、无热损失。也可用质量 (kg) 计算罐内混合。
储罐加热所需能量
未计储罐散热和罐体金属吸热,按保温情况加 10–30 %。电加热器 η ≈ 100 %;燃气燃烧器 80–90 %。
换热器
换热器热平衡:出口温度
假定无散热损失。若算出的冷侧出口高于热侧进口,说明流量或温度数据不一致。
对数平均温差与所需面积
适用于纯逆流或纯顺流。多管程管壳式换热器需乘以温差校正系数 F(常为 0.8–0.95)。
效能-传热单元数法(逆流换热器)
用于已知 U 和 A、未知出口温度时核算现有换热器。C = ṁ × cp;两侧 C 相等时 ε = NTU ÷ (1 + NTU)。
总传热系数 U(膜系数与污垢)
薄壁近似:内外表面积视为相等。k:碳钢 ≈ 45,不锈钢 ≈ 16,铜 ≈ 385 W/m·K。冷却塔水 Rf:0.0002–0.0004 m²·K/W。
导热、保温与辐射
平壁导热(2 层)
单层时令 L₂ = 0。静止空气中(含辐射)hₒ:8–12 W/m²·K;有风:20–40。耐火砖 k ≈ 1,矿棉 ≈ 0.04–0.06 W/m·K。
保温管道散热损失
径向导热(Incropera);忽略钢管壁和内膜热阻(偏安全)。hₒ 应包含辐射。外表面高于 60 °C 有烫伤风险。
表面间辐射换热
灰体假设,σ = 5.67 × 10⁻⁸ W/m²·K⁴,温度换算为开尔文。ε₂ 仅用于平行平板。ε:氧化钢 ≈ 0.8,油漆 ≈ 0.9,抛光铝 ≈ 0.05。
加热与冷却时间
储罐冷却(牛顿冷却定律)
液体充分混合(集总参数模型),UA 不变,无进出料。求 UA:记录几小时内的降温,再反推公式。
间歇加热时间(蒸汽盘管)
带搅拌容器,饱和蒸汽温度恒定,忽略散热。饱和蒸汽:1 bar 表压 ≈ 120 °C,3 bar ≈ 144 °C,7 bar ≈ 170 °C。
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