NTU法

NTU法是熱傳單元數法的簡稱，也稱為熱交換有效性法，是在一熱交換器（特別是逆流交換的熱交換器）沒有對數平均溫差（LMTD）的條件下，計算其熱交換速率的方式。

在熱交換器分析中，若流體的入口溫度和出口溫度已知，或是可以用能量平衡的方式計算，可以用對數平均溫差來進行分析，但若沒有這些資訊，可以用NTU法來分析。

基本介紹

• 中文名：NTU法
• 別名：熱傳單元數法
• 目的：計算熱交換速率
• 領域：機械公衡

定義

若要定義熱交換器的有效性（effectiveness），需找到假設在無限管長逆流交換的假設條件下，可以達到的最大熱交換程度。因此任一流體在入口處及出口處的溫差為最大可能溫差，也就是（熱氣體及冷氣體在入口處的溫度）。此方式先計算高溫流體及低溫流體的熱容量率（質量流率乘以比熱）及，令其中最小的為。

因此可找到以下的物理量：

其中為單位時間下的最大熱傳。需對應熱容量率最小的流體，也就是在假想的無限長度熱交換器中有最大可能溫度變化的流體。另一種流體其溫度隨長度的變化較慢。NTU法只考慮有最大溫度變化的流體。

有效性（E）定義為實際熱交換率及最大熱交換率的比例：

其中：

有效性是範圍在0到1之間的無量綱。若可以知道於某一熱交換器的E，又可以知道高低溫流體的入口溫度，可以計算傳流體交換的熱如下：

對於任意的熱交換器，下式都成立：

針對一特定的幾何形狀，有效性可以用以下熱容量率的比例：

及熱傳單元數來計算：

其中為整體傳熱係數，而A為傳熱面積。

特定幾何形狀熱交換器的有效性

例如平行板熱交換器的有效性為：

逆流交換熱交換器的有效性為：

若，則

可以針對套管形熱交換器或是殼管式熱交換器計算類似的有效性。萁和流體流動方式（逆流、並流或交叉流）、（殼管式熱交換器的）通路數量及高低溫流體是否有混合有關。

注意為一特殊條件，表示熱交換器中有凝結或是蒸發等相變。因此在此特殊情形下，熱交換器的特性和流體配置方式無關，其有效性為為：