换热器热负荷:饱蒸汽加热空气，消耗10kg/h

为了达到一定的换热目的，要求换热器在单位时间内传递的热量称为换热器的热负荷。

( 一) 热负荷与传热速率的关系

传热速率是换热器单位时间能够传递的热量，是换热器的生产能力; 主要由换热界自身的性能决定。热负荷是生产上要求换热器单位时间传递的热量，是换热器的生产任务。为确保换热器能完成传热任务，换热器的传热速率须大于或至少等于其热负荷。

在换热器的选型过程中，可用热负荷代替传热速率，求得传热面积后再考虑一定的安全余量，然后进行选型或设计。

( 二) 热负荷的确定

对于间壁式换热器，若当换热器保温性能良好，热损失可以忽略不计时，在单位时间内热流体放出的热量等于冷流体吸收的热量，即:

式中:Qh——热流体放出的热量，W;

Qc——冷流体吸收的热量，W。

想一想

热损失不能忽略时，热负荷如何确定?

1.焓差法 由于工业换热器中流体的进、出口压力差不大，故可近似为恒压过程。根据热力学定律，恒压过程热等于物系的焓差，则有:式

中:Wh、Wc——热、冷流体的质量流量，kg/s;

H1、H2——热流体的进、出口焓，J/kg;

h2、h1——冷流体的进、出口焓，J/kg。

焓差法较为简单，但仅适用于流体的焓可查取的情况，本教材附录三、附录五、附录七中列出了空气、水及水蒸气的焓，可供读者参考。(www.xing528.com)

2.显热法 若流体在换热过程中没有相变化，且流体的比热容可视为常数或可取为流体进、出口平均温度下的比热容时，其传热量可按下式计算:

式中:cph、cpc——热、冷流体的定压比热容，J/( kg·K) ;

T1、T2——热流体的进、出口温度，K;

t2、t1——冷流体的进、出口温度，K。

注意cp 的求取:一般由流体换热前后的平均温度( 即流体进出换热器的平均温度) ( T1 +T2) /2 或( t2 +t1) /2 查得。教材附录二、附录三、附录四、附录五中列有关于比热容的图( 表) ，供读者使用。

必须指出，在SI 单位制中，温度的单位是K，但就温度差而言，其单位用K 或℃是等效的，两者均可使用。

3.潜热法 若流体在换热过程中仅仅发生恒温相变，其传热量可按下式计算:

式中:rh、rc——热、冷流体的汽化潜热，J/kg。

【例2 -3】在一套管换热器内用0. 16MPa 的饱和蒸汽加热空气，饱和蒸汽的消耗量为10kg/h，冷凝后进一步冷却到100℃，试求换热器的热负荷。

解:从附录中查得p =0.16MPa 的饱和蒸汽的有关参数:饱和水蒸气温度TS =113℃，H1 =2698.1kJ/kg，100℃水的焓H2 =418.68kJ/kg。

则

Qh =Wh( H1 -H2) =(10/3600) ×(2698.1 -418.68) =6.33kW

想一想 试用显热法及潜热法进行此题的计算。