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Heat Exchanger Calculator

LMTD/NTU 열교환기 계산기

고온 유체
저온 유체

LMTD 결과

ΔT150.00 °C
ΔT240.00 °C
LMTD44.81 °C
Q (고온측)250.80 kW
Q (저온측)250.80 kW
필요 UA5596.4 W/K

Heat Exchanger Calculator 소개

열교환기 계산기는 산업 표준 두 가지 방법인 대수 평균 온도 차이(LMTD) 방법과 전달 단위 수(NTU)-유효도 방법을 사용해 열교환기의 열 성능을 분석하는 무료 브라우저 기반 엔지니어링 도구입니다. LMTD 방법에서는 고온·저온 유체의 입구 및 출구 온도, 질량 유량, 비열을 입력하면 LMTD, 양쪽 열부하, 필요 UA(총괄 열전달 계수 × 면적)를 계산합니다. NTU-유효도 방법에서는 UA값과 유체 특성, 입구 온도를 입력해 전달 단위 수, 열용량 비율(Cr = Cmin/Cmax), 유효도, 실제 열전달률을 산출합니다.

이 도구는 빠른 초기 크기 산정이나 기존 열교환기 성능 검증이 필요한 화학 엔지니어, 기계 엔지니어, HVAC 설계자, 공정 엔지니어들이 활용합니다. 이론적으로 가장 높은 유효도를 내는 대향류(고온과 저온 유체가 반대 방향으로 흐름)와 병류(동일 방향으로 흐름) 구성 모두 각각에 맞는 올바른 공식을 적용해 지원합니다. 대향류 열교환기는 동일한 UA에서 더 높은 유효도를 달성하므로 대부분의 산업 응용에서 선호됩니다.

모든 계산은 SI 단위를 사용합니다. 온도는 섭씨(°C), 유량은 kg/s, 비열은 kJ/(kg·K), 열부하는 kW, UA는 W/K 단위입니다. LMTD는 두 끝단의 온도 차이가 거의 같을 때(분모 0에 가까운 경우)를 위한 특별 처리가 포함된 정확한 로그 공식으로 계산됩니다. 대향류의 NTU-유효도 공식은 표준 지수 모델을 사용하며, 균형 유량(Cr = 1)일 때는 별도의 선형 근사식이 적용됩니다. 모든 처리는 서버 통신 없이 브라우저 내에서 완전히 이루어집니다.

주요 기능

  • LMTD 방법: 대수 평균 온도 차이, 열부하(고온·저온 양측), 필요 UA 계산
  • NTU-유효도 방법: NTU, 열용량 비율 Cr, 유효도, 실제 열전달률 계산
  • 대향류 및 병류 구성 모두 지원, 각 구성에 맞는 올바른 공식 적용
  • 고온·저온 유체 각각의 입력: 입구/출구 온도(°C), 질량 유량(kg/s), 비열 Cp(kJ/kg·K)
  • NTU 방법을 위한 UA 입력 — 온도 입력과 독립적으로 조절 가능
  • 열용량률 Ch, Cc와 Cmin/Cmax 비율 계산 후 함께 표시
  • 균형 유량(Cr ≈ 1) 특수 케이스 처리로 수치 불안정성 방지
  • LMTD와 NTU 모드 간 빠른 전환이 가능한 탭 기반 컴팩트 인터페이스

자주 묻는 질문

열교환기에서 LMTD 방법이란 무엇인가요?

LMTD(대수 평균 온도 차이) 방법은 열부하를 Q = UA × LMTD로 계산합니다. LMTD는 열교환기 양 끝단에서 고온과 저온 유체의 온도 차이에 대한 로그 평균값입니다. 입구와 출구 온도가 모두 알려진 경우 특정 열부하에 필요한 UA를 구하는 데 사용됩니다.

NTU-유효도 방법이란 무엇인가요?

NTU-유효도(전달 단위 수) 방법은 입구 온도만 알 때 열교환기 성능을 계산합니다. NTU = UA / Cmin이며, 유효도(ε)는 실제 열전달량과 최대 가능 열전달량의 비율입니다. 크기 산정(주어진 열부하에서 필요 UA 계산)보다는 열교환기 평가(알려진 UA에서 출구 조건 예측)에 사용됩니다.

대향류와 병류의 차이는 무엇인가요?

대향류에서는 고온과 저온 유체가 반대 끝에서 유입되어 열교환기 전체에 걸쳐 큰 온도 구동력을 유지합니다. 이로 인해 동일한 UA에서 가장 높은 LMTD와 유효도를 얻을 수 있습니다. 병류에서는 두 유체가 같은 끝에서 유입되어 온도 차이가 점점 줄어들며, Cr = 1일 때 최대 유효도가 50%로 제한됩니다.

열교환기 계산에서 UA는 무엇을 의미하나요?

UA는 총괄 열전달 계수 U(W/m²·K)와 열전달 면적 A(m²)의 곱입니다. 열교환기의 열적 전도도를 나타냅니다. UA가 높을수록 동일한 온도 차이에서 더 많은 열을 전달할 수 있습니다. LMTD 방법에서는 열부하와 LMTD로부터 필요 UA를 계산하고, NTU 방법에서는 UA를 입력해 유효도를 구합니다.

열용량률이란 무엇이고 Cmin이 왜 중요한가요?

열용량률(C)은 질량 유량과 비열의 곱입니다: C = m × Cp(W/K). Cmin은 두 유체의 열용량률 중 작은 값입니다. 최대 가능 열전달량(Qmax)은 Cmin × (Thi - Tci)인데, 열용량률이 작은 유체가 더 큰 온도 변화를 겪기 때문입니다. NTU는 항상 Cmin을 기준으로 계산됩니다.

LMTD 계산기에서 두 유체의 출구 온도가 모두 필요한 이유는?

LMTD 방법은 열교환기 양 끝단의 온도 차이로부터 LMTD를 도출하므로 네 가지 끝단 온도(고온 입·출구, 저온 입·출구)가 모두 필요합니다. 출구 온도를 모르는 경우 NTU 방법에 가정된 UA값을 사용하거나, 에너지 균형과 LMTD 방정식이 동시에 만족될 때까지 반복 계산해야 합니다.

NTU 공식에서 Cr = 1 특수 케이스란 무엇인가요?

Cr(열용량 비율 Cmin/Cmax)이 1일 때 표준 대향류 NTU 공식은 0/0 부정형이 됩니다. 이 균형 유량 케이스에서 유효도는 ε = NTU / (1 + NTU)로 단순화됩니다. 이 계산기는 |Cr - 1| < 0.001일 때 자동으로 이 특수 케이스 공식을 적용합니다.

이 계산기를 응축기나 증발기에도 사용할 수 있나요?

응축기나 증발기 같은 상변화 열교환기는 한 유체가 일정한 온도(등온 상변화)를 유지하므로 Cmax가 무한대에 가까워지고 Cr이 0에 가까워집니다. 이 경우 NTU = -ln(1 - ε)로 단순화됩니다. 상변화 유체의 Cp를 매우 크게 설정해 근사할 수 있지만, 정밀한 설계를 위해서는 전용 응축기/증발기 계산 도구를 사용하는 것이 더 적합합니다.