从换热器的应用看，其产品有两大类。一类是大批量的产品，如汽车散热器、发动机油冷却器、空调机用的蒸发器和冷凝器等。另一类是化工和炼油行业用的换热器，它们的批量极小，大多是单件生产。对于前者，其设计是通过多次选型，反复试验，不断修改、完善、优化的结果。而后者的设计是一次性完成的，在工厂投产前基本上无法对该产品进行试验，为了保证产品满足工艺要求，必须精心设计。

换热器的设计准则如下：换热器应完全满足工艺需要，即在允许的压降内完成流体的热交换，而且在污垢存在的情况下，仍然保持这种换热能力，直到下一个规定的检修期；此外换热器应便于维修、造价低廉、有预期的寿命。

设计换热器的全部工作包括热计算、结构布置、流动阻力计算、结构强度计算及绘图。换热器热计算有两种基本类型，即设计计算和校核计算。设计计算的具体任务和目标如下：根据指定的换热任务，一般是介质的种类、流量和进出口温度，选择合适的换热器型式和流道布置方案，求出传热系数，进而确定所需的换热面积。校核计算则是针对已有的换热器，在已知换热面积的情况下核算它能否完成某项换热任务，即核算冷热流体出门温度是否能满足要求。

间壁式换热器设计和校核计算常用的方法有对数平均温差法（LMTD法）和效能-传热单元数法（E-NTU法）。其设计计算框图如图7-1所示。

图7-1　换热器设计框图

采用对数平均温差法时，间壁式换热器设计计算的步骤如下：

（1）根据给定工艺流体的流量和进、出口温度，确定流体物性及所需换热量；

（2）选定二次流体及进口温度，按热平衡关系算出其流量和出口温度；

（3）选定换热器型式，计算对数平均温差及其修正系数；

（4）假定传热系数K值；

（5）根据假定的K值，计算传热面积；

（6）布置换热面，初定换热器的几何尺寸；

（7）计算两侧流体的流速和表面传热系数；

（8）按求得的表面传热系数及污垢热阻计算换热器传热系数和换热量；

（9）如换热量大于所需的换热量，并在要求的余量范围之内，则此换热面的布置可用，否则应重新假定K值，再按步骤（5）（6）（7）（8）重新计算，直到满足要求为止；

（10）核算两侧流体的阻力，如在允许范围之内，则换热面的布置可用，否则应重新布置，再按步骤（6）（7）（8）（9）重新计算。

采用对数平均温差法时，校核计算的步骤如下：

（1）根据给定工艺流体的流量、进口温度、物性及要达到的出口温度计算所需传热量；

（2）选定二次流体及其进口温度，按热平衡关系算出其出口温度及流量；

（3）根据工艺流体和二次流体的流量、物性和已知的换热器结构尺寸算出两侧流体的流速、表面传热系数和传热系数；

（4）计算对数平均温差；

（5）核算换热量；

（6）如所得的换热量与所需的换热量相差较大，应重新假定两流体的出口温度，再按步骤（1）至（5）计算，直到二者比较接近才为该换热器的真实传热量；(www.daowen.com)

（7）核算两侧流体的阻力。

若采用效能-传热单元数法，换热器设计计算的步骤如下：

（1）根据给定工艺流体的流量和进、出口温度，确定流体物性及所需换热量；

（2）选定二次流体及进口温度，按热平衡关系算出其流量和出口温度；

（3）计算热容流量比R和换热器效能E；

（4）选定换热器型式，并按对应的图线（或公式）确定传热单元数（NTU）；

（5）根据NTU定义，确定KF值，然后假定K值，初步确定传热面积F；

（6）布置换热面，初定换热器的几何尺寸；

（7）计算两侧流体的流速和表面传热系数；

（8）按求得的表面传热系数及污垢热阻计算换热器传热系数和换热量；

（9）如换热量大于所需的换热量，并在要求的余量范围之内，则此换热面的布置可用，否则应重新假定K值，再按步骤（5）（6）（7）（8）重新计算，直到满足要求为止；

（10）核算两侧流体的阻力，如在允许范围之内，则换热面的布置可用，否则应重新布置，再按步骤（6）（7）（8）（9）重新计算。

采用效能-传热单元数法时，换热器校核计算的步骤如下：

（1）根据给定工艺流体的流量、进口温度、物性及要达到的出口温度计算所需传热量；

（2）选定二次流体及其进口温度，按热平衡关系算出其出口温度及流量；

（3）根据工艺流体和二次流体的流量、物性和已知的换热器结构尺寸算出两侧流体的流速、表面传热系数和传热系数；

（4）计算NTU及R值；

（5）根据换热器型式，并按对应的图线（或公式）确定E值；

（6）由E定义式求得一种流体出口温度；

（7）根据热平衡关系式确定传热量及另一种流体的出口温度；

（8）核算两侧流体的阻力。

自20世纪80年代以来，由于传热和流动理论的发展以及计算机科学的进步，在换热器的设计领域开始推行优化设计。一些先进的优化方法也不断地被引入换热器的优化设计中，如模糊优化设计方法、基于人工神经网络和遗传算法的换热器网络优化等。此外换热器虚拟工程放大技术也得到很大的发展。限于篇幅，本节只介绍换热器网络分析中的夹点技术。