换热器传热效率的计算公式是什么？

换热器传热效率的计算与分析，是评估性能、进行工程设计及优化运行的重点。它不是由单一公式简单定义，而是通过一套相互关联的热力学方程式和参数体系来共同描述和量化。理解这些公式及其物理意义，是掌握换热器性能的重点，艾克森对此进行具体介绍：

1.最基础的公式是传热基本方程式：Q=K×A×ΔTm。其中，Q为换热量（W），是工艺要求的结果；A为换热面积（m²），是设备大小的体现；ΔTm为有效平均温差（通常为对数平均温差LMTD，℃），是热交换的驱动力；K为总传热系数（W/(m²·℃)），是衡量换热器“效率”的核心参数。K值越高，表明在相同温差和面积下传递的热量越多，即传热效率越高。因此，追求高K值是高效设计的直接目标。

2.然而，K值并非独立常数，它由换热器两侧流体的传热情况、板片本身及污垢共同决定，其倒数等于各项热阻之和：1/K=1/h₁+R_f₁+δ/λ+R_f₂+1/h₂。这里，h₁,h₂是两侧流体的对流传热系数（W/(m²·℃)），它们的大小直接取决于流体物性、流速和流道几何形状，通常通过经验关联式计算；R_f₁,R_f₂是两侧的污垢热阻（(m²·℃)/W），是经验值，代表因结垢增加的额外阻力；δ/λ是板片/管壁的导热热阻。由此可见，提高K值（即效率）的途径在于：提高两侧的h值、选择导热系数λ高的材料减薄壁厚δ，以及通过管理和清洗减小污垢热阻R_f。

3.在实际工程中，更常使用基于热力学第一定律的效能-传热单元数法，特别是在设计计算或已知换热器但未知出口温度时。它的重要公式为ε=f(NTU,C_r,流动形式)。其中，ε（效能）是实际换热量与最大可能换热量的比值，直观反映了换热器的效率；NTU（传热单元数）是KA与较小热容流量的比值，代表换热器的大小和性能；C_r为热容流量比。通过ε-NTU关系式，可以在已知进口条件和K·A乘积时，直接求解出口温度和换热量。

换热器传热效率是一个由基本传热方程、热阻网络和效能-NTU关系共同构建的量化体系。它告诉我们，高效不仅仅意味着高K值，更意味着在真实运行条件下维持高K值的能力，以及设备大小（NTU）与热负荷、温差的合理匹配。真正的高效是这些公式所描述的各因素协同优化的综合结果。