这个工具能计算什么？

本工具可实时计算换热量Q、换热效率ε、NTU（传热单元数）、冷热流体出口温度、LMTD（对数平均温差）以及所需传热面积A_req。支持并流、逆流和交叉流三种流动配置。

如何使用这个计算器？

在左侧面板选择流动配置（并流、逆流或交叉流），设置冷热流体的入口温度、流量和比热容。通过滑块调整总传热系数U（W/m²K）和传热面积A（m²），右侧会立即显示计算结果和ε-NTU曲线族。

NTU-效率法与LMTD法有什么区别？

NTU-效率法（ε-NTU法）利用NTU=UA/C_min，在出口温度未知时最为有效（设计型问题）。LMTD法适用于出口温度已知、需要反算所需面积的核算型问题。两种方法描述的是相同的物理过程，选择哪种取决于已知量和求解目标。

为什么逆流配置的换热效率最高？

在逆流配置中，冷热流体反向流动，使得沿整个换热器长度方向都能保持较大的温差ΔT。因此，在相同NTU条件下，逆流的ε-NTU关系式能给出最高效率，理论上甚至可以实现温度交叉。而并流配置在出口端ΔT趋近于零，效率受到限制。

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热分析工具

换热器设计计算器
NTU-效率法 / LMTD法

用NTU-效率法实时设计并流、逆流、交叉流换热器的效率、出口温度和所需传热面积。可视化ε-NTU曲线族和温度分布。

$$\varepsilon = \frac{Q}{Q_{\max}} = \frac{Q}{C_{\min}(T_{h,\text{in}} - T_{c,\text{in}})}$$

参数设置

流动布置

并流逆流交叉流

高温流体 (Hot)

T_h_in 120 °C

m_h 2.0 kg/s

Cp_h 4182 J/kg·K

低温流体 (Cold)

T_c_in 20 °C

m_c 1.5 kg/s

Cp_c 4182 J/kg·K

总传热系数 U 1000 W/m²K

液-液≈1000、气-气≈50

传热面积 A 10.0 m²

热交换量 Q

—

效率 ε

—

NTU

—

无量纲

T_h_out

—

°C

T_c_out

—

°C

LMTD

—

所需面积 A_req

—

m²

ε–NTU 曲线族

温度分布 (x/L)

理论 — NTU-效率法 / LMTD法

效率定义

$$\varepsilon = \frac{Q}{Q_{\max}},\quad Q_{\max} = C_{\min}(T_{h,\text{in}} - T_{c,\text{in}})$$

逆流 ε–NTU 公式

$$\varepsilon = \frac{1 - e^{-\text{NTU}(1-C_r)}}{1 - C_r e^{-\text{NTU}(1-C_r)}}$$

$C_r = C_{\min}/C_{\max}$

NTU 与传热面积

$$\text{NTU} = \frac{UA}{C_{\min}}$$

U: 总传热系数，A: 传热面积

LMTD（对数平均温差）

$$\text{LMTD} = \frac{\Delta T_1 - \Delta T_2}{\ln(\Delta T_1/\Delta T_2)}$$

逆流: ΔT₁=T_h,in−T_c,out、ΔT₂=T_h,out−T_c,in

换热器设计计算器NTU-效率法 / LMTD法

效率定义

逆流 ε–NTU 公式

NTU 与传热面积

LMTD（对数平均温差）

换热器设计计算器
NTU-效率法 / LMTD法