管壳式和双管式换热器压降计算的Excel公式
热交换器初步设计背景
换热器设计是一个多步骤，迭代的过程，由以下步骤组成:
- 根据流体流速和温度的指定信息，计算传热速率Q，单位为Btu/hr。
- 根据所涉及的流体，确定总体传热系数U的估计值。
- 使用两种流体的入口和出口温度计算对数平均温差ΔTlm。
- 对所需的传热面积进行初步估计，计算公式为:A = Q/(U ΔTlm)。
- 选择热交换器的初步配置并进行必要的计算(例如，壳管式热交换器的管的数量和尺寸或双管式热交换器的管的直径和长度)。
- 估计整个热交换器的压降。如果过高或过低，则修改换热器的配置，直到压降可以接受为止。
- 根据换热器当前的配置，对总体换热系数U进行更详细的估算。
- 如果U的最新估计值与之前的估计值显著不同，则重复步骤4到步骤7，直到两个估计值达到所需的准确性。
关于这个过程的更多细节可以在本系列的前两篇文章中找到。”换热器理论与设计基础“，， "和"换热器初步设计实例．”
管道流动压降计算的背景
管道流动中最广泛使用的摩擦扬程损失或摩擦压降方程(以及本文电子表格模板中Excel公式中使用的方程)是Darcy Weisbach方程:
hL = f(L/D)(V2/2g)或按压降计算:ΔPf = ρghL = ρf(L/D)(V2/2)，其中
- hL =摩擦水头损失，ft-lb/lb
- L =管道长度，ft
- D =管径，ft
- V =流体平均流速(= Q/A)， ft/sec
- G =重力加速度= 32.2英尺/秒
- f =摩擦因子，是雷诺数(Re = DVρ/μ)和/或ε/D的函数，无量纲经验因子，其中
- ε =经验管道粗糙度，ft
- ΔPf =摩擦压降，lb/ft2
- ρ =流体密度，鼻涕虫/ft3
本文提供了有关Darcy Weisbach方程的更多细节，其中使用的参数，典型管道材料的管道粗糙度(ε)值表，摩擦系数f的典型值，以及摩擦系数f作为Re和ε/D的函数的方程和图表。”管道流量计算3:摩擦因子与摩擦水头损失．”
管壳式换热器设计中压降计算的Excel公式
左边的Excel电子表格模板将计算管壳式热交换器管内流体流动时的摩擦扬程损失和摩擦压降。需要输入值的参数为管径和管长;管材粗糙度;管数;tuside流量;流体的密度和粘度。然后，电子表格模板中的Excel公式将计算出流体流过管堤时管旁的横截面积、平均速度、雷诺数以及摩擦系数的初步估计。然后使用一组迭代计算来计算摩擦因子的值。然后利用Darcy Weisbach方程计算了摩擦水头损失和摩擦压降。
执行上述壳管式换热器初步换热器设计过程的前5步的Excel电子表格模板在文中进行了讨论，并可从文章下载(美国和国际版)。初步换热器设计的Excel电子表格模板可以在下面下载的Excel电子表格包括上图所示的电子表格部分，以及执行设计过程前5步的部分，因此计算摩擦水头损失/压降所需的许多输入可以在电子表格的第一部分中计算出来。
双管换热器设计中压降计算的Excel公式
这个Excel模板的第一部分显示在左边，第二部分显示在右边
．计算了双管换热器管内流动的摩擦扬程损失和摩擦压降。需要输入值的参数为管内直径和总长度;管材粗糙度;通过管内的流速;弯道之间的管道长度;以及流经管内流体的密度和粘度。电子表格中的Excel公式计算了由直管流动引起的摩擦扬程损失和压降，方法与上面讨论的管壳电子表格中的方法大致相同。然而，对于双管热交换器设计，有一个额外的部分用于计算由于所有180度弯曲造成的“小损失”。然后将这两个分量相加，得到总摩擦扬程损失和压降。
正如上面关于管壳式换热器设计电子表格所讨论的那样，可以在下面下载的Excel电子表格模板包含初步设计过程前5步的电子表格部分，以及本节图像中显示的部分。
参考文献
进一步资料参考:
1.曼森，B. R.， Young, D. F.， & Okiishi, T. H.，流体力学基础，第四版，纽约:约翰·威利父子公司，2002。
2.本特森,H。初步换热器设计的Excel电子表格。
3.本特森,H。热交换器基础知识，PDH学分的在线继续教育课程
这篇文章是热交换器设计系列的一部分
换热器设计包括估计已知或估计换热率、总换热系数和对数平均温差所需的换热面积。管子或管道的直径和长度也需要确定，以及压降。
