板式换热器液体换热面积与压降设计计算书（Excel自动计算版）

板式换热器液体换热面积与压降设计计算,,,,,,,,,

序号,计算项目,符号表示,参数来源,计算公式,国际单位,计算结果,参数说明,规范依据,其他说明

一、工艺设计输入参数,,,,,,,,,

1,热流体进口温度,T1,设计值,工艺给定,℃,95,热流体进入换热器的温度,工艺设计条件,典型供暖工况一次水温度

2,热流体出口温度,T2,设计值,工艺给定,℃,70,热流体流出换热器的温度,工艺设计条件,换热后温降25℃

3,冷流体进口温度,t1,设计值,工艺给定,℃,50,冷流体进入换热器的温度,工艺设计条件,典型供暖工况二次回水温度

4,冷流体出口温度,t2,设计值,工艺给定,℃,80,冷流体流出换热器的温度,工艺设计条件,换热后温升30℃

5,热流体体积流量,Vh,设计值,工艺给定,m³/h,60,热侧介质体积流量,工艺设计条件,可根据实际工况修改

6,冷流体体积流量,Vc,设计值,工艺给定,m³/h,50,冷侧介质体积流量,工艺设计条件,可根据实际工况修改

7,热侧允许压降,Δp_allow_h,设计值,工艺给定,kPa,50,热侧最大允许压力降,NB/T47004.1-2017,水水换热推荐30~100kPa

8,冷侧允许压降,Δp_allow_c,设计值,工艺给定,kPa,50,冷侧最大允许压力降,NB/T47004.1-2017,两侧允许压降可分别设定

9,设计压力,P,设计值,工艺给定,MPa,1.6,换热器设计工作压力,GB/T16409-2018,可拆卸板换常用1.6MPa

10,设计温度,T_design,设计值,工艺给定,℃,150,换热器最高设计温度,GB/T16409-2018,根据垫片材质确定

二、介质物性参数（定性温度下）,,,,,,,,,

11,热流体定性温度,T_mh,计算值,(T1+T2)/2,℃,82.50,热流体进出口平均温度，用于查物性,传热学基本原理,定性温度为流体平均温度

12,冷流体定性温度,T_mc,计算值,(t1+t2)/2,℃,65.00,冷流体进出口平均温度，用于查物性,传热学基本原理,

13,热流体密度,ρ_h,查表值,查水和水蒸气热力性质表,kg/m³,970.5,热流体在定性温度下的密度,水和水蒸气热力性质表,82.5℃水的密度

14,冷流体密度,ρ_c,查表值,查水和水蒸气热力性质表,kg/m³,980.5,冷流体在定性温度下的密度,水和水蒸气热力性质表,65℃水的密度

15,热流体定压比热容,cp_h,查表值,查水和水蒸气热力性质表,kJ/(kg·℃),4.195,热流体定压比热容,水和水蒸气热力性质表,

16,冷流体定压比热容,cp_c,查表值,查水和水蒸气热力性质表,kJ/(kg·℃),4.185,冷流体定压比热容,水和水蒸气热力性质表,

17,热流体导热系数,λ_h,查表值,查水和水蒸气热力性质表,W/(m·℃),0.675,热流体导热系数,水和水蒸气热力性质表,

18,冷流体导热系数,λ_c,查表值,查水和水蒸气热力性质表,W/(m·℃),0.659,冷流体导热系数,水和水蒸气热力性质表,

19,热流体动力粘度,μ_h,查表值,查水和水蒸气热力性质表,Pa·s,0.0003556,热流体动力粘度,水和水蒸气热力性质表,

20,冷流体动力粘度,μ_c,查表值,查水和水蒸气热力性质表,Pa·s,0.0004325,冷流体动力粘度,水和水蒸气热力性质表,

21,热流体普朗特数,Pr_h,查表值,cp·μ/λ,-,2.21,热流体普朗特数,传热学基本公式,也可直接查表获得

22,冷流体普朗特数,Pr_c,查表值,cp·μ/λ,-,2.75,冷流体普朗特数,传热学基本公式,

三、板片结构参数（选用板型）,,,,,,,,,

23,单板换热面积,A0,选用值,根据所选板型确定,m²,0.5,单张板片的有效换热面积,厂家板型样本,示例为BR05型板片

24,板间距,b,选用值,根据所选板型确定,m,0.0035,相邻两板片间的流道间隙,厂家板型样本,一般为2.5~4.5mm

25,流道当量直径,de,计算值,≈2b,m,0.01,板间流道的水力当量直径,传热学原理,板式换热器常用近似

26,单流道截面积,f,选用值,根据板型宽度与间距确定,m²,0.0018,单个流道的横截面积,厂家板型样本,

27,板片厚度,δ_p,选用值,根据板片材质确定,m,0.0006,传热板片的厚度,NB/T47004.1-2017,不锈钢板常用0.5~0.8mm

28,板片导热系数,λ_p,选用值,根据板片材质确定,W/(m·℃),16.3,板片材料的导热系数,材料物性手册,304不锈钢约16W/(m·℃)

29,热侧污垢热阻,R_fh,选用值,根据介质清洁程度选取,m²·℃/W,0.00003,热侧壁面污垢层热阻,GB50019-2015,清洁水取0.00001~0.00005

30,冷侧污垢热阻,R_fc,选用值,根据介质清洁程度选取,m²·℃/W,0.00003,冷侧壁面污垢层热阻,GB50019-2015,

31,努塞尔数公式常数C,C,选用值,根据板片波纹形式确定,-,0.35,Nu准则式系数，人字形板取0.3~0.4,板式换热器设计手册,平直板取0.15~0.2

32,努塞尔数公式指数n,n_p,选用值,根据板片波纹形式确定,-,0.7,Nu准则式Re指数,板式换热器设计手册,湍流区通常取0.6~0.8

33,努塞尔数公式指数m,m_p,选用值,根据板片波纹形式确定,-,0.33,Nu准则式Pr指数,传热学经验公式,通常取0.3~0.4

34,摩擦阻力系数,f_friction,选用值,根据板型实验数据确定,-,0.8,板间流动摩擦阻力系数,厂家板型样本,人字形板约0.6~1.2

35,角孔阻力系数,ξ_port,选用值,根据角孔结构确定,-,1.5,进出口角孔局部阻力系数,板式换热器设计手册,一般取1.2~2.0

36,角孔直径,d_port,选用值,根据接口尺寸确定,m,0.15,换热器进出口角孔直径,厂家板型样本,DN150对应直径0.15m

四、热负荷与热平衡计算,,,,,,,,,

37,热流体质量流量,mh,计算值,ρ_h·Vh/3600,kg/s,16.18,热侧流体质量流量,流体力学基本公式,体积流量转质量流量

38,冷流体质量流量,mc,计算值,ρ_c·Vc/3600,kg/s,13.62,冷侧流体质量流量,流体力学基本公式,

39,热流体放热量,Qh,计算值,mh·cp_h·(T1-T2)·1000,W,1696353.13,热侧单位时间放出的热量,热平衡方程,乘以1000转换kJ为J

40,冷流体吸热量,Qc,计算值,mc·cp_c·(t2-t1)·1000,W,1709746.88,冷侧单位时间吸收的热量,热平衡方程,

41,热平衡偏差率,δ_Q,计算值,|Qh-Qc|/Qh×100%,%,0.79,热平衡误差百分比,GB151-2014,应不大于5%

42,热平衡校核,heat_balance,判断值,δ_Q≤5%,-,满足,判断热平衡是否在允许误差范围内,GB151-2014,偏差过大需调整流量或温度参数

43,设计热负荷,Q,计算值,(Qh+Qc)/2,W,1703050.00,取冷热侧热量平均值作为设计热负荷,工程设计惯例,消除测量与计算误差

五、平均传热温差计算,,,,,,,,,

44,热端温差,Δt1,计算值,T1-t2,℃,15.00,热流体进口与冷流体出口温差,传热学基本公式,逆流布置大端温差

45,冷端温差,Δt2,计算值,T2-t1,℃,20.00,热流体出口与冷流体进口温差,传热学基本公式,逆流布置小端温差

46,对数平均温差,Δtlm,计算值,(Δt1-Δt2)/LN(Δt1/Δt2),℃,17.38,纯逆流工况下的对数平均温差,传热学基本公式,Δt1/Δt2≤1.5时可用算术平均

47,温差修正系数P,P,计算值,(t2-t1)/(T1-t1),-,0.67,温度效率参数，用于查修正系数,GB151-2014附录,

48,热容流率比R,R,计算值,(T1-T2)/(t2-t1),-,0.83,两侧热容流量的比值,GB151-2014附录,

49,温差修正系数ψ,ψ,选用值,根据流程组合与P、R查图,-,0.95,非纯逆流工况下的温差修正系数,GB151-2014,单流程逆流取0.95左右

50,有效平均温差,Δtm,计算值,ψ·Δtlm,℃,16.51,修正后的实际传热平均温差,传热学原理,作为面积计算的温差值

六、流程组合与流道数确定,,,,,,,,,

51,热侧流程数,Mh,选用值,根据流程组合确定,-,1,热侧流体的折返次数,板式换热器选型手册,单流程M=1，双流程M=2

52,冷侧流程数,Mc,选用值,根据流程组合确定,-,1,冷侧流体的折返次数,板式换热器选型手册,常规工况采用1-1流程

53,初选传热系数,K_est,选用值,根据经验取值,W/(m²·℃),4000,估算用总传热系数，水-水取3000~6000,板式换热器设计手册,高粘度介质取低值

54,估算所需换热面积,A_est,计算值,Q/(K_est·Δtm)×1.15,m²,29.65,估算面积，考虑15%裕量,传热基本方程,Q=KAΔtm

55,估算总板片数,N_est,计算值,"ROUNDUP(A_est/A0,0)+2",片,62.00,含两端压紧板的总板片数,工程计算方法,+2为两端不参与换热的板片

56,热侧流道数,n_ch,计算值,"ROUND((N_est-2)/2,0)",个,30.00,热侧并联流道数量,板式换热器结构原理,约为总有效板片数的一半

57,冷侧流道数,n_cc,计算值,"ROUNDUP((N_est-2)/2,0)",个,30.00,冷侧并联流道数量,板式换热器结构原理,冷热流道数相差不超过1

58,热侧板间流速,uh,计算值,Vh/(3600·n_ch·f),m/s,0.31,热侧流体在板间的平均流速,流体力学基本公式,推荐范围0.3~0.8m/s

59,冷侧板间流速,uc,计算值,Vc/(3600·n_cc·f),m/s,0.26,冷侧流体在板间的平均流速,流体力学基本公式,

60,热侧流速校核,v_check_h,判断值,0.2≤uh≤1.0,-,满足,判断板间流速是否在合理范围,NB/T47004.1-2017,流速过低易结垢，过高阻力大

61,冷侧流速校核,v_check_c,判断值,0.2≤uc≤1.0,-,满足,判断板间流速是否在合理范围,NB/T47004.1-2017,

七、传热系数详细计算,,,,,,,,,

62,热侧雷诺数,Re_h,计算值,ρ_h·uh·de/μ_h,-,5896.40,判断热侧流体流动状态,流体力学准则数,Re>1000为湍流状态

63,冷侧雷诺数,Re_c,计算值,ρ_c·uc·de/μ_c,-,4081.63,判断冷侧流体流动状态,流体力学准则数,

64,热侧流态判定,flow_h,判断值,Re_h≥1000,-,湍流,判断流动状态是否达到湍流,传热学原理,湍流状态传热效率高

65,冷侧流态判定,flow_c,判断值,Re_c≥1000,-,湍流,判断流动状态是否达到湍流,传热学原理,

66,热侧努塞尔数,Nu_h,计算值,C·Re_h^n·Pr_h^m,-,198.21,热侧努塞尔数，反映对流换热强度,对流传热关联式,适用于湍流工况

67,冷侧努塞尔数,Nu_c,计算值,C·Re_c^n·Pr_c^m,-,164.68,冷侧努塞尔数，反映对流换热强度,对流传热关联式,

68,热侧对流换热系数,h_h,计算值,Nu_h·λ_h/de,W/(m²·℃),19113.23,热侧流体与壁面的对流换热系数,对流传热公式,Nu=h·de/λ

69,冷侧对流换热系数,h_c,计算值,Nu_c·λ_c/de,W/(m²·℃),15503.10,冷侧流体与壁面的对流换热系数,对流传热公式,

70,板片导热热阻,R_p,计算值,δ_p/λ_p,m²·℃/W,0.00,金属板片的导热热阻,傅里叶导热定律,薄板热阻通常较小

71,总传热系数,K,计算值,1/(1/h_h+R_fh+R_p+R_fc+1/h_c),W/(m²·℃),4680.93,基于热阻叠加计算的实际传热系数,传热学热阻叠加原理,考虑污垢与板片热阻

72,传热系数校核,k_check,判断值,K≥0.7·K_est,-,满足,验证初选K值是否合理,工程设计惯例,偏差过大需重新选型

八、换热面积计算与校核,,,,,,,,,

73,理论所需换热面积,A_theory,计算值,Q/(K·Δtm),m²,22.04,不考虑裕量的理论计算面积,传热基本方程,Q=KAΔtm

74,面积裕量系数,β_A,选用值,根据工况重要性选取,-,1.2,换热面积安全裕量系数,GB151-2014,一般取1.1~1.3

75,设计所需换热面积,A_design,计算值,A_theory·β_A,m²,26.44,考虑裕量后的实际需要面积,工程设计惯例,应对结垢与工况波动

76,实际总板片数,N_total,计算值,"ROUNDUP(A_design/A0,0)+2",片,55.00,最终确定的板片总数,结构计算,压紧后板束组成

77,实际有效板片数,N_eff,计算值,N_total-2,片,53.00,实际参与换热的板片数量,结构计算,

78,实际选用换热面积,A_actual,计算值,A0·N_eff,m²,26.50,所选板型提供的有效换热面积,板式换热器面积计算,减去两端不换热板片

79,面积裕量,A_margin,计算值,(A_actual-A_theory)/A_theory×100%,%,20.26,实际面积相对理论面积的裕量百分比,工程验收指标,推荐10%~30%

80,换热面积校核,a_check,判断值,A_actual≥A_design,-,满足,判断实际面积是否满足设计要求,GB/T16409-2018,面积不足会导致换热效果差

九、压力降计算,,,,,,,,,

81,热侧板间流道长度,L_h,计算值,A0/(de/(2*f))·Mh/N_eff,m,0.01,热侧流体在板间流经的长度,板式换热器结构,板片有效展开长度

82,冷侧板间流道长度,L_c,计算值,A0/(de/(2*f))·Mc/N_eff,m,0.01,冷侧流体在板间流经的长度,板式换热器结构,

83,热侧板间摩擦压降,Δp_f_h,计算值,4·f_friction·(L_h/de)·(ρ_h·uh²/2)·Mh,Pa,181.13,热侧流体在板间通道的摩擦阻力损失,范宁公式,沿程阻力损失，乘以4倍摩擦系数

84,冷侧板间摩擦压降,Δp_f_c,计算值,4·f_friction·(L_c/de)·(ρ_c·uc²/2)·Mc,Pa,127.08,冷侧流体在板间通道的摩擦阻力损失,范宁公式,

85,热侧角孔流速,u_port_h,计算值,Vh/(3600·π·d_port²/4),m/s,0.94,热侧介质在进出口角孔内的流速,流体力学公式,

86,冷侧角孔流速,u_port_c,计算值,Vc/(3600·π·d_port²/4),m/s,0.79,冷侧介质在进出口角孔内的流速,流体力学公式,推荐4~6m/s

87,热侧角孔压降,Δp_p_h,计算值,2·ξ_port·(ρ_h·u_port_h²/2),Pa,1294.91,热侧流体经过进出口角孔的局部阻力损失,局部阻力计算公式,包含进出口两处

88,冷侧角孔压降,Δp_p_c,计算值,2·ξ_port·(ρ_c·u_port_c²/2),Pa,908.51,冷侧流体经过进出口角孔的局部阻力损失,局部阻力计算公式,

89,热侧总压降,Δp_h,计算值,(Δp_f_h+Δp_p_h)/1000,kPa,1.48,热侧进、出口之间的总压力降,NB/T47004.1-2017,除以1000转换为kPa

90,冷侧总压降,Δp_c,计算值,(Δp_f_c+Δp_p_c)/1000,kPa,1.04,冷侧进、出口之间的总压力降,NB/T47004.1-2017,

91,热侧压降校核,dp_check_h,判断值,Δp_h≤Δp_allow_h,-,满足,判断热侧压降是否在允许范围内,工艺设计要求,压降过大会增加泵耗

92,冷侧压降校核,dp_check_c,判断值,Δp_c≤Δp_allow_c,-,满足,判断冷侧压降是否在允许范围内,工艺设计要求,

93,角孔流速校核,port_check,判断值,u_port≤6,-,满足,判断角孔流速是否在推荐范围,板式换热器设计手册,过高会导致压降与冲蚀

十、设计结果汇总与最终结论,,,,,,,,,

94,设计热负荷,Q_final,计算值,最终确定值,kW,1703.05,换热器单位时间设计换热量,热平衡计算结果,

95,总传热系数,K_final,计算值,详细计算结果,W/(m²·℃),4680.93,换热器总传热系数,传热计算结果,

96,对数平均温差,Δtm_final,计算值,修正后温差,℃,16.51,有效传热平