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换热器热力计算:效能-传热单元数法(ε-NTU)

Aug 13, 2026 5 views ~3 min read 技术知识
已知出口温度用 LMTD,未知出口温度用 ε-NTU。效能 ε、传热单元数 NTU、热容比 Cr 三个量把换热能力量化,适合对已有设备进行校核反算。

一、LMTD 法的尴尬

前一篇用 Q = K·A·LMTD 设计,但校核时出口温度未知、LMTD 算不出,要反复试算。ε-NTU 法绕开这点,直接用面积和能力比求效能

二、三个核心量

  • 热容流率 C = m·cp(单位时间能搬多少热);
  • 热容比 Cr = C小 / C大(0~1,一侧相变时 Cr→0);
  • 传热单元数 NTU = K·A / C小,代表“换热能力相对热容流率有多强”。

效能 ε = 实际传热量 / 最大可能传热量,最大可能 = C小·(T热进 − T冷进)。

三、典型流型的 ε 公式

流型ε 表达式(示意)
逆流ε = (1 − e的−NTU(1−Cr)次方) / (1 − Cr·e的−NTU(1−Cr)次方)
并流ε = (1 − e的−NTU(1+Cr)次方) / (1 + Cr)
一侧相变(Cr=0)ε = 1 − e的−NTU次方

工程上直接查 ε-NTU 图或表,不必手算指数式。

四、什么时候用它

  • 校核已有设备:已知 K、A、流量,求能传多少热、出口几度,一步到位;
  • 选型反算:定下目标 ε 和 Cr,反查所需 NTU,再得 K·A;
  • 对比流型:同样 NTU、Cr 下,逆流 ε 最高、并流最低,再次印证逆流优势。
记住分工:LMTD 适合“已知温差求面积”,ε-NTU 适合“已知面积求能耐”。

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Keywords: ε-NTU法 效能 传热单元数 换热器校核计算
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