换热器并流、逆流及错流时的对数平均温差&换热面积计算对比

管壳式换热器是化工生产中常用的一种换热器，主要由管程和壳程两部分组成，两种不相通的物料分别在管程和壳程中以多种不同的形式对流，从而达到物料换热的作用。

1，换热器结构及流体分布

换热器壳程有单壳程、双壳程、分流式等多种型式。

换热器管程有1~12程等多种不同布置，如下图。

正是由于管程和壳程都有各种不同的分布，流体的分布也有许多种，有普通的单管程单壳程的并流和逆流，也有单壳程多管程及多壳程多管程的错流等，各种不同的流道布置使换热效果多种多样。

单壳程-单管程的并流和逆流

单壳程-多管程的错流

多壳程-多管程的错流

2，换热器并流、逆流及错流对数平均温差计算

通过上述多种流程图示对比，到底哪一种的换热效果最好呢？通过对数平均温差对比可简单看出。

2.1 对数平均温差计算公式

当冷热流体的比热、流量及传热系数在整个换热面上基本不变时，采用对数平均温差(Δtm)来计算。冷热流体的三种不同流型示意图及对数平均温差计算公式见下图。

2.2 换热器并流、逆流及错流对数平均温差及换热面积计算

计算举例：在列管换热器中，用25℃的冷却水将某溶液从100℃冷却到60℃，溶液流量为1800kg/h，比热为3.56kJ/(kg•℃)，冷却水出口温度为45℃；分别计算并流、逆流和错流时的对数平均温差和换热面积。

使用Excel，输入热、冷流体的温度和流量、比热等数据，根据不同流型对应的公式，分别计算三种不同流型的对数平均温差和换热面积。

其中错流的对数平均温差计算需乘以温差修正系数φ，φ值可通过对应的S、R值及壳程、管程布置查图得出，计算表中有各类不同流型温差修正系数图。根据S值在横坐标上对应点画垂直线至R曲线，再向左画水平线至纵坐标，读出对应的数值即温差修正系数φ。

2.3 计算对比分析

通过上表的三种不同流型的对数平均温差和换热面积计算，可清晰看出，在相同温度和流量条件下，逆流的对数平均温差最大，所需的换热面积最小，并流的对数平均温差最小，所需的换热面积最大，错流比逆流稍差一些。

在设计换热器时应尽量选择逆流换热器，但大部分的换热器都是错流布置，因为保证换热器所占体积较小条件下，多管程布置可以增大换热面积。错流布置管壳程，一般情况下温差修正系数φ值控制在0.85~1.0之间对换热面积影响较小，如流体温度导致S值较大、R值较小从而使φ值较小情况下，需重新考虑换热器的管、壳程分布。

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通过上图并流、逆流的温度曲线可看出：

并流的Δt1和Δt2悬殊很大，换热器两端的热应力大，热膨胀大，对设备选材要求较高，壳程部分位置还需要增加膨胀节。

逆流的Δt1和Δt2接近，换热器两端的热应力均匀，热膨胀不大，对设备选材要求较低，换热器的两端温度也比较接近，换热更平缓。