在工程中，将某种流体的热量以一定的传热方式传递给其他流体的设备(又称热交换器,Heat Exchanger) 。 如图是某水上打捞船
一般是两种温度不同的流体参与传热,一种流体温度较高,放出热量,另一种流体温度较低,吸收热量。但是,在某些换热器中,也有多于两种具有不同温度流体参与传热的。 这里所讲的换热器是指以传热为其主要目的的设备。在工业生产中的有些设备,如制冷设备、干燥设备、精馏设备等等,在其完成指定的生产工艺过程的同时，都伴随着热量的交换,但传热并不是其主要目的,因此,就不属于换热器的范畴。
⏹换热器的分类：
按用途分：预热器、冷却器、冷凝器、蒸发器等
按制造材料分：金属、石墨、陶瓷、熟料等
按工作原理分:回热式（蓄热式）即冷热流体交替流过换热表面、混合式（冷热流体直接相互
掺混）、间壁式（冷热流体由固体壁面隔开）
按流动型式：顺流、逆流、混流、一次交叉流、顺流式交叉流、逆流式交叉流、混合式交叉流
(1）逆流平均传热温差远远大于顺流平均传热温差。事实上，在所有换热流型中,逆流和顺流是两种极端情形,逆流传热性能最好,平均传热温差最大，顺流传热性能最差,平均传热温差最小。
（2）在折流换热器中,即包含有逆流、也有顺流,因此，其平均传热温差介于逆流和顺流之间。
(3）对于三种典型的一次交叉流动而言，相同条件下两种流体都横向不混合的平均传热温差最大，相反,两种流体都横向混合的平均传热温差最小。对于多次交叉流动而言,总趋势为逆流的多次交叉流动平均传热温差接近于逆流,总趋势为顺流的多次交叉流动平均传热温差接近于顺流。
(4）从出口温度来看,逆流式换热器冷流体出口温度可能高于热流体出口温度,但顺流式换热器冷流体出口温度永远低于热流体出口温度。另一方面,逆流式换热器中冷、热流体最高温度位于换热器的同一端,该处传热壁面温度高,工作条件恶劣;而顺流式换热器中冷、热流体在换热器同一端进入,传热面冷却较好在所有流型中,交叉流动换热面热应力最小。
(5）在换热器设计中,从提高传热性能的角度看,应尽可能采用逆流或接近于逆流的交叉流,但若热流体温度较高,因为采用逆流而对换热面材质提出更高要求时,就必须进行综合技术经济分析，选择最佳的方案。
(6）如果在换热过程中,一种流体的温度不变，例如纯工质的沸腾与凝结换热,或者一种流体的温度变化相对于另一种流体非常小,则所有流型的平均传热温差相同,流型对平均传热温差的影响消失。如蒸发器和冷凝器,发生相变的流体温度不变,所以不存在顺流还是逆流的问题。
分段的加权平均温差：
⏹热容量比R
定义为换热器两流体中较小得热容量与较大的热容量之比。
⏹传热单元数
NTU=KF/Wmin以热容量小的流体为基准
传热单元数是反应换热器传热性能的一个重要指标，传热单元数越大，表明换热器传热能力越强，传热性能越好。
传热单元数也可理解为具有较小热容量流体的温度变化与平均传热温差之比,因此,相同平均传热温差下，传热单元数越大,意味着流体温度变化越大,换热效果越好,反之亦然;
在传热单元数中,包含传热面积、流体质量流量和传热系两方面的物理量,其分别代表了换热器的初投资和运行费用，因此，传热单元数是一个反映换热器综合技术经济性能的重要指标
⏹传热有效度
传热有效度的定于基于如下的思想：当换热器无限长（面积无限大），对于一个逆流换热器来说，定义最大可能传热量，最大可能传热量是指热面积为无穷大时的传热量。按照热力学第二定律,在传热过程中,热流体温度最低只能冷却到冷流体进口温度,冷流体温度最高只能升到热流体进口温度,最大传热量即是指这两种情况下的传热量。ca1214
传热有效度即为实际传热量与最大可能传热量之比。
逆流： 顺流：
按照传热有效度的定义,它是一个小于1的换热器无因次性能参数,其大小反映了换热器在传热性能方面接近理想状况的程度,也可用于比较不同流型换热器性能上的差异。
对于只有两种流体参与的换热过程,换热器传热有效度仅与两种流体的进、出口温度有关。但是,对于三种或三种以上流体参与的换热过程,则其传热有效度不仅与流体进出口温度有关,还与流体热容量、传热面积、传热系数等因素有关。
⏹多次交叉流动—流型图
不同多次交叉流型的差别主要表现在三个方面,即交叉次数、总的流动趋势和交叉流动过程中的混合状况,这三个因素都可以用多次交叉流型图表示。如下表所示（总流动趋势为逆流的多次交叉流型）。
程内是指每次交叉换热的区域，程间是指每次交叉过程之间的区域，而程内和程间的组合就构成全程。
根据示意图，判断两种流体在程间和程内是否混合。
⏹例题4
例有一管式空气预热器，烟气在管内流过，程间横向混合，如图所示。己知:总传热面积为A=1353m2，传热系数K=35W/(m2K)，烟气热容量W1=14460W/K,进口温度t1’=480℃，空气热容量W2=10540W/K,进口温度t2’=135℃，求烟气及空气的出口温度。
解：
传热单元数NTU= 热容量比：R= 分传热单元数NTUi=1/2NTU 查图得
总传热有效度
⏹平均温差法的假设温度直接用于计算传热量值,显然E-NTU法对假设温度没有平均温差法敏感,这是该方法的优势。在校核计算时,由于传热单元数和热容量比都已知，因此,可以方便地根据无因次量间的关系计算出传热有效度，从而确定流体出口温度或总的换热量。所以,在校核计算中，传热单元数法能显出更大的优越性。
设计计算：①初步布置换热面，并计算出相应的总传热系数K;②根据给定条件,由热平衡式求出进、出口温度中的那个待定的温度;③由冷热流体的4个进出口温度确定平均温差；④由传热方程式计算所需的换热面积A，并核算换热面流体的流动阻力；⑤如果流动阻力过大,则需要改变方案重新设计总线上的音频设备。
校核计算：①先假设一个出口温度,按热平衡式计算另一个出口温度;②根据4个进出口温度求得平均传热温差③根据换热器的结构,算出相应工作条件下的总传热系数K;④己知KA和△
t，按传热方程式计算在假设出口温度下的Q;⑤根据4个进出口温度,用热平衡式计算另一个Q,(这个值和上面的Q,都是在假设出口温度下得到的,因此,都不是真实的换热量;)⑥比较两个Q值,满足精度要求，则结束,否则,重新假定出口温度,重复①-⑥,直至满足精度要求
⏹效能传热单元数法
设计计算的步骤
(1)先假定一个流体的出口温度.按热平衡式计算另一个出口温度双锯片切割机 (2)根据4个进出口温度求得平均温差(3)根据换热器的结构.算出相应工作条件下的总传热系数k(或已知)(4)已知kA.按传热方程式计算在假设出口温度下的∆tm,得到Q(5)根据4个进出口温度.用热平衡式计算另一个Q .这个值和上面的 Q.都是在假设出口温度下得到的.因此.都不是真实的换热量(6)比较两个 Q 值.满足精度要求.则结束.否则.重新假定出口温度.重复(1)-(6).直至满足精度要求。
在校核计算中,E-NTU法运用较多。在设计计算时，平均温差法
传热有效度-传热单元数法是通过换热器无因次量间的关系E=f(NTU,R)来计算换热器性能,由于无因次量间的关系也是基于传热方程和热平衡方程导出的,因此,传热有效度-传热单元
数法和平均传热温差法两者并无本质区别,只是处理方法不同。
传热有效度也是一个反映换热器性能的重要指标，在计算中应尽量追求大的传热有效度。例如，在其他条件相同时，在所有流型中逆流换热器传热有效度是最大的,且随传热单元数的增大而增加，因此,在选择流型时，应尽量采用逆流,并增大传热单元数。
⏹热交换器计算方法的优缺点比较
对于设计性热计算.采用平均温差法可以通过Ψ的大小判定所拟定的流动方式与逆流之间的差距.有利于流动方式的选择。
而在校核性传热计算时.两种方法都要试算。在某些情况下.K是已知数值或可套用经验数据时.采用传热单元数法更加方便。
假设的出口温度对传热量Q的影响不是直接的.而是通过定性温度.影响总传热系数.从而影响NTU.并最终影响 Q值。而平均温差法的假设温度直接用于计算Q值.显然e-NTU法对假设温度没有平均温差法敏感.这是该方法的优势。
⏹例题5
换热器串联
查出每台换热器的Pi
关系式：由得
由得
由得
鱼缸恒温器
⏹流体流动方式的选择总体原则
1、在给定温度状况下，保证获得较大的平均温差，以较小传热面积,降低金属或其他材料的消耗。
2、使流体本身的温度变化值尽可能大,从而使流体的热量得到合理利用,减小它的消耗量,并可节省泵或风机的投资与能量消耗。
3、尽可能使传热面的温度比较均匀,并使其在较低的温度下工作,以便用较便宜的材料制造换热器。温度不均匀(热应力)、温度高对材料的要求也越高。
4、应有最好的传热工况,以便得到较高的传热系数同样起到减小传热面积的作用。
⏹强化传热的原理
增大平均传热温差：改变热流体或冷流体温度就能改变传热温差△t。另一方面,改变换热流体之间的流动方式如顺流﹑逆流或错流等﹐它们的传热温差也就不同。增加传热温差应考虑到实际工艺或设备条件上是否允许。
增加传热面积：扩展传热面积以增加传热,合理地提高设备单位体积的传热面积，如采用翅片管﹑波纹管﹑板翅式传热面等
提高传热系数; 增强传热的积极措施是设法提高传热系数。因为传热过程总热阻是各项分
热阻的叠加,并且应使对流换热系数小的那一项增大，才能更有效地增加传热系数。（从热阻最大的环节入手、单相对流换热、沸腾换热、凝结换热）
⏹强化传热技术的分类
传热过程：导热过程强化；对流传热过程的强化：单相对流、沸腾传热、凝结传热；辐射传热过程的强化。
是否需要额外动力：有源技术（主动强化）：表面振动、射流冲击、外加磁场；无源技术（被动强化）：粗糙表面，表面处理，扩展表面。
⏹单相流体对流换热的强化
无源强化技术
管内强制对流换热的强化——改变管道截面形状铌高(横纹槽管、缩放管、波纹管、交叉缩放椭圆管)流体旋转法（管内插入物、螺纹槽管和螺旋内肋管）
管外强制对流换热的强化——扩展表面换热、人工粗糙度
有源强化技术：机械搅拌法，射流冲击法，添加剂法。
⏹强化传热的性能评价
强化传热的方法多种多样，人们往往希望到那些具有高传热效率、低成本、低阻力损失等良好性能的途径，这就需要全面、正确地评价各种强化传热技术的性能。根据所依据的理论基础不同,评价方法分为三类。
以热力学第一定律为基础、以热力学第二定律为基础、以热经济学为基础。
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