总传热系数

定义/概述

总传热系数 $K$ 是衡量换热器传热性能的综合参数，考虑了管内外对流传热、管壁导热和污垢热阻的影响。

前置知识

热负荷 $Q$ 由能量衡算确定 → 5.1.1 能量衡算 （$Q = m_h c_{p,h} \Delta T_h = m_c c_{p,c} \Delta T_c$，含热损失修正 $\eta = 0.97\sim0.98$）

传热基本方程

换热器的基本传热方程为：

$$Q = K A \Delta T_m \tag{5.2}$$

其中：

• $Q$ — 热负荷（由能量衡算得出），W
• $K$ — 总传热系数，W/(m²·K)
• $A$ — 总传热面积（通常以管外面积为基准），m²
• $\Delta T_m$ — 有效平均温度差，K（→ 5.1.3 平均温度差）

方程 (5.2) 是换热器设计的核心：给定 $Q$ 和 $\Delta T_m$，$K$ 决定了所需传热面积 $A$。

总热阻组成

总传热系数的倒数（总热阻）为各分项热阻之和：

$$\frac{1}{K} = \frac{1}{h_o} + \frac{1}{h_i}\frac{A_o}{A_i} + R_{f,o} + R_{f,i}\frac{A_o}{A_i} + \frac{\delta}{k_w}\frac{A_o}{A_m} \tag{5.6}$$

其中：

• $h_o$ — 管外流体对流传热系数，W/(m²·K)（→ 5.2.2 壳程传热系数）
• $h_i$ — 管内流体对流传热系数，W/(m²·K)（→ 5.2.1 管内传热系数）
• $R_{f,o}$ — 管外污垢热阻，(m²·K)/W（查表，取决于流体洁净程度）
• $R_{f,i}$ — 管内污垢热阻，(m²·K)/W
• $\delta$ — 管壁厚度，m
• $k_w$ — 管壁材料导热系数，W/(m·K)
• $A_o, A_i, A_m$ — 管外、管内、对数平均传热面积，m²。$A_m = (A_o - A_i)/\ln(A_o/A_i)$

各项热阻的物理意义：

项	含义	可控性
$1/h_o + 1/h_i$	对流热阻	通过流速和折流板间距控制
$R_f$	污垢热阻	定期清洗、水质处理
$\delta/k_w$	导热热阻	选材（铜 > 不锈钢），通常占比很小

关键参数

符号	含义	单位
$K$	总传热系数	W/(m²·K)
$h$	对流传热系数	W/(m²·K)
$R_f$	污垢热阻	(m²·K)/W
$k_w$	管壁导热系数	W/(m·K)
$\delta$	管壁厚度	m
$A_o, A_i$	管外/内传热面积	m²

关联条目

• 能量衡算 — 上游：确定热负荷 $Q$
• 平均温度差 — 上游：确定 $\Delta T_m$
• 管内传热系数 — 下游：计算 $h_i$
• 壳程传热系数 — 下游：计算 $h_o$

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