
【化】 heat transfer unit (HTU)
【化】 heat transfer; heat transference; heat transmission
thermal transmission
cell; unit
【計】 cell; LOC; U
【化】 element
【醫】 element
傳熱單元(Heat Transfer Unit, HTTUnit)是工程熱力學與傳質傳熱領域的核心概念,其英文全稱在《英漢工程大詞典》中明确标注為“Heat Transfer Unit”。該術語指代熱交換系統中量化傳熱效率的基準單位,主要用于計算設備在單位溫差下傳遞熱量的能力。美國機械工程師協會(ASME)将其定義為“熱交換器内傳遞單位熱量所需的虛拟長度或體積”。
在工業應用中,傳熱單元高度(HTU)常與傳質單元高度(HTU)形成關聯模型。根據《國際傳熱傳質期刊》的研究,HTU的計算公式可表示為: $$ HTU = frac{G}{K_y a} $$ 其中$G$為氣相摩爾流速,$K_y$為總傳質系數,$a$為單位體積有效接觸面積。該模型被廣泛應用于化工精餾塔、核電站蒸汽發生器等設備的設計優化。
中國《工程熱物理學報》的多篇論文證實,HTU值越小表明傳熱效率越高,這一參數直接影響能源設備的運行成本與碳排放水平。在航空航天領域,NASA技術報告顯示,微型HTU模型已應用于空間站熱控系統的緊湊型換熱器開發。
傳熱單元數(NTU,Number of Transfer Units)是描述換熱器傳熱性能的重要參數,其含義及特點如下:
定義
傳熱單元數表示流體在換熱器中傳熱過程的難易程度,可理解為将換熱器劃分為多個“單元段”,每個單元的傳熱能力為1。例如,當NTU=1時,表示流體流經的這一小段換熱器,其溫度變化等于該段的平均傳熱溫差。
物理意義
計算公式
傳熱單元數的計算公式為:
$$
NTU = frac{K cdot A}{(GCp){text{min}}}
$$
其中,( K )為總傳熱系數,( A )為傳熱面積,( (GCp){text{min}} )為流體中熱容量較小一方的熱容流量。
單位與無量綱特性
NTU為無量綱參數,其數值與換熱器的尺寸、材料及流體物性相關。數值越大,通常意味着換熱器尺寸(傳熱面積)越大。
應用場景
主要用于工程領域(如化工、能源)的換熱器設計與優化,幫助評估不同工況下的傳熱效率,并指導設備選型。
傳熱單元數通過将複雜傳熱過程分解為标準化單元,簡化了換熱器性能分析與設計,是熱力學和工程實踐中的關鍵參數。
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