1. 单程无相变换热器热负荷基础计算

计算对象与已知条件

本例取一台单程管壳式换热器（1 管程、1 壳程），冷热流体均不发生相变，忽略散热损失，按绝热控制体处理。已知工况如下（示例数据）：

约定：放热量 Q_h 与吸热量 Q_c 均取正值，单位 kW；温度均为流体进出口截面上的混合平均温度。

热负荷计算式与代入

无相变时，单侧流体换热量由焓差简化为显热式：

Q = q_m · c_p · (t′ − t″)      （热流体放热，t′ > t″）
Q = q_m · c_p · (t″ − t′)      （冷流体吸热，t″ > t′）

热流体侧：

Q_h = 2.5 × 2.20 × (150 − 90)
    = 2.5 × 2.20 × 60
    = 330.0 kW

冷流体侧：

Q_c = 3.2 × 4.18 × (55 − 25)
    = 3.2 × 4.18 × 30
    = 401.28 kW

能量平衡校核

以热流体放热量为基准，计算偏差：

ΔQ = Q_c − Q_h = 401.28 − 330.0 = 71.28 kW
δ  = ΔQ / Q_h = 71.28 / 330.0 ≈ 21.6 %

工程上对绝热、无相变、无外漏的稳态换热器，能量平衡偏差通常应控制在 ±5 % 以内（示例判据，可按项目规范调整）。本例 δ ≈ 21.6 %，远超判据，说明给定数据不自洽，不能直接作为设计热负荷使用。

数据自洽性反算

若以冷流体吸热量 401.28 kW 为准，反算热流体应有的出口温度：

t″_h = t′_h − Q_c / (q_m,h · c_p,h)
     = 150 − 401.28 / (2.5 × 2.20)
     = 150 − 72.96
     ≈ 77.0 ℃

即热流体出口应约为 77 ℃ 而非 90 ℃；或保持 90 ℃ 出口时热流体流量应约为 3.04 kg/s。二者之一被修正后，两侧热负荷才能闭合。

计算流程要点

1. 统一单位：q_m 用 kg/s，c_p 用 kJ/(kg·K)，温差用 K（与 ℃ 数值相同），结果即为 kW。
2. 温差方向取正：热流体用 t′−t″，冷流体用 t″−t′，避免出现负热负荷。
3. c_p 取进出口平均温度下的值；本例温差不大，用常数近似可接受，若温差显著则需按变比热容处理。
4. 先分别算 Q_h、Q_c，再做偏差校核，最后才决定采用哪一侧作为设计热负荷。