热交换器原理与设计期末复习重点资料解读.docx

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热交换器原理与设计期末复习重点资料解读

热交换器原理与设计

题型：

填空20％名词解释（包含换热器型号表示法）20％

简答10％计算（4题）50％

0绪论

Ø热交换器：

将某种流体的热量以一定的传热方式传递给他种流体的设备。

（2013-2014学年第二学期考题[名词解释]）

Ø热交换器的分类：

按照热流体与冷流体的流动方向分为：

顺流式、逆流式、错流式、混流式

Ø按照传热量的方法来分：

间壁式、混合式、蓄热式。

（2013-2014学年第二学期考题[填空]）

1热交换器计算的基本原理（计算题）

Ø热容量（W＝Mc）：

表示流体的温度每改变1℃时所需的热量

Ø温度效率（P）：

冷流体的实际吸热量与最大可能的吸热量的比率（2013-2014学年第二学期考题[名词解释]）

Ø传热有效度（ε）：

实际传热量Q与最大可能传热量Qmax之比

2管壳式热交换器

Ø管程：

流体从管内空间流过的流径。

壳程：

流体从管外空间流过的流径。

Ø<1-2>型换热器：

壳程数为1，管程数为2

Ø卧式和立式管壳式换热器型号表示法（P43）（2013-2014学年第二学期考题[名词解释]）

记：

前端管箱型式:

A——平盖管箱B——封头管箱

壳体型式:

E——单程壳体F——具有纵向隔板的双程壳体H——双分流

后盖结构型式:

P——填料函式浮头S——钩圈式浮头U——U形管束

Ø管子在管板上的固定：

胀管法和焊接法

Ø管子在管板上的排列：

等边三角形排列（或称正六边形排列）法、同心圆排列法、正方形排列法，其中等边三角形排列方式是最合理的排列方式。

（2013-2014学年第二学期考题[填空]）

Ø管壳式热交换器的基本构造：

⑴管板⑵分程隔板⑶纵向隔板、折流板、支持板⑷挡板和旁路挡板⑸防冲板

Ø产生流动阻力的原因：

①流体具有黏性，流动时存在着摩擦，是产生流动阻力的根源；②固定的管壁或其他形状的固体壁面，促使流动的流体内部发生相对运动，为流动阻力的产生提供了条件。

Ø热交换器中的流动阻力：

摩擦阻力和局部阻力

Ø管壳式热交换器的管程阻力：

沿程阻力、回弯阻力、进出口连接管阻力

Ø管程、壳程内流体的选择的基本原则：

（P74）

管程流过的流体：

容积流量小，不清洁、易结垢，压力高，有腐蚀性，高温流体或在低温装置中的低温流体。

（2013-2014学年第二学期考题[简答]）

壳程流过的流体：

容积容量大（特别是常压下气体），刚性结构换热器中换热系数大的流体，高黏度流体，层流区流动的流体，饱和蒸汽

Ø管子直径的选择：

总的趋向是采用小直径管优点：

传热增强，单位体积传热面大，传热面一定时，可使管子长度缩短

缺点：

流动阻力增加，管数增加，管子与管板连接处的泄露的可能性增大，易积垢。

Ø选择流速要尽量使流体呈湍流状态

3高效间壁式热交换器

Ø紧凑性：

指热交换器的单位体积中所包含的传热面积大小，单位m2/m3

Ø板式热交换器主要部件及作用：

传热板片：

①使流体在低速下发生强烈湍流，以强化传热；②提高板片刚度，能耐较高的压力。

密封垫片：

防止流体的外漏和两流体之间内漏。

压紧装置：

将垫片压紧，产生足够的密封力，使得热交换器在工作时不发生泄漏，通过旋紧螺栓来产生压紧力。

Ø板式热交换器的型号表示法（P129）

Ø板翅式热交换器的结构基本单元是：

隔板、翅片、封条。

（2013-2014学年第二学期考题[填空]）

Ø翅片作用：

扩大传热面积，使换热得以改善，承担主要的传热任务，加强两隔板之间的作用。

Ø翅片的型号表示法（P141）（2013-2014学年第二学期考题[名词解释]）

Ø翅片选择基本原则：

（2013-2014学年第二学期考题[简答]）

平直翅片：

流体之间温差较大；流体中含有固体悬浮物；传热过程中有相变的冷凝、蒸发等情况。

锯齿形翅片：

流体之间温差较小；流体的粘度较大；传热过程中有相变的冷凝、蒸发等情况；在空分设备中，可逆式热交换器。

多孔翅片：

在空分设备中，冷凝蒸发器。

Ø翅化比（β）:

翅片管外表面积与光管内表面积之比（P165）（2013-2014学年第二学期考题[名词解释]）

Ø热管正常工作的2个条件：

①ΔPc≥ΔPv＋ΔP1＋ΔPg（文字表述：

毛细压差应能克服蒸汽从加热段流向冷却段的阻力、冷凝液体从冷却段回流到加热段的阻力以及重力对液体流动的影响）

②热管工况：

蒸发段的饱和温度仅稍高于冷凝段的饱和温度，此温降小于1℃～2℃即近乎等温流动时，被认为是工作正常

Ø热管工作原理：

工作时，蒸发段因受热而使其毛细材料中的工作液体蒸发，蒸汽流向冷凝段，在这里由于受到冷却使蒸汽凝结成液体，液体再沿多孔材料靠毛细力的作用流回蒸发段。

如此循环不已，热量由热管一端传至另一端。

Ø热管工作特性：

冷凝段，工作液在流动方向上因有蒸汽不断冷凝而增加；蒸发段，工作液在流动方向上因不断蒸发而减少；绝热段，工作液保持不变

Ø热管工作极限：

①黏性极限②声速极限③携带极限④毛细极限⑤沸腾极限

工作温度低时，最易出现黏性极限及声速极限，在高温下则应防止出现毛细极限及沸腾极限。

（2013-2014学年第二学期考题[填空]）

6.3传热强化

Ø增强传热的基本途径：

①扩展传热面积F②加大传热温差Δt③提高传热系数K

计算题部分：

1.已知t1′=300℃，t1″=210℃，t2′=100℃，t2''=200℃。

试计算下列流动布置时换热器的对数平均温差。

（1）逆流布置；

（2）一次交叉，两种流体均不混合；

（3）1-2型管壳式，热流体在壳侧；

（4）2-4型管壳式，热流体在壳侧；

（5）顺列布置。

解：

（1）Δtmax=t1″-t2′=210-100=110℃

Δtmin=t1′-t2″=300-200=100℃

（2）

由课本图1.14查得

=0.92

Δtm=104.9

0.92=96.5℃

（3）由课本图1.8查得

=0.85

Δtm=104.9×0.85=89.2℃

（4）由课本图1.11查得

=0.97

Δtm=104.9×0.97=101.8℃

（5）Δtmax=t1′-t2′=300-100=200℃

Δtmin=t1″-t2″=210-200=10℃

2.1-2型管壳式换热器，用30℃的水来冷却120℃的热油（c0=2100J/（kg

K）），冷却水流量为1.2kg/s，油流量为2kg/s，设总传热系数K=275W/（m2

K）,传热面积A=20m2，试确定水与油各自的出口温度。

解：

取水的定压质量比热cp=4200J/（kg

K），

热油的热容量W1=M1c0=2

2100=4200W/K,

冷水的热容量W2=M2cp=1.2

4200=5040W/K

因而W1=Wmin，W2=Wmax

则

传热有效度

代入数据，得

=0.539

又因为

所以解得t1″=71.5℃【或利用实际传热量Q=εWmin（t1′-t2′）=W1（t1′-t1″），代入数据，解得t1″=71.5℃】

热平衡关系W1（t1′-t1″）=W2（t2″-t2′）,即

4200

（120-71.5）=5040

（t2″-30）,解得t2″=70.3℃

所以水的出口温度为70.3℃，油的出口温度为71.5℃

3.一台逆流式水-水换热器，t1′=87.5℃,流量为每小时9000kg，t2′=32℃，流量为每小时13500kg，总传热系数K=1740W/（m2

K），传热面积A=3.75m2，试确定热水的出口温度。

解：

取水的定压质量比热cp=4200J/（kg•K）

热水热容量

冷水热容量

因而W1=Wmin，W2=Wmax

【或利用实际传热量Q=εWmin（t1′-t2′）=W1（t1′-t1″），代入数据，解得t1″=64.7℃】

所以热水的出口温度为64.7℃。

4.温度为99℃的热水进入一个逆流型的热交换器，将4℃的冷水加热到32℃，热水流量为9360kg/h，冷水流量为4680kg/h，传热系数为830W/（m2•℃），试计算该热交换器的传热面积和传热有效度。

水的比热为cp=4186J/（kg•℃）。

解法一：

W1=Wmax，W2=Wmin，

Rc=Wmin/Wmax=4680/9360=0.5，

又

NTU=KF/Wmin

F=NTUWmin/K=

解法二：

由热平衡方程W1（t1′-t1″）=W2（t2″-t2′），代入数据，解得t1″=85℃

逆流型换热器的对数平均温差为

【或者用算术平均温差Δtm=

（Δtmax+Δtmin）】

传热量Q=W2Δt2=5441.8

（32-4）=152370.4W

又

5.在一台1-2型壳式换热器中，管内冷却水从16℃升高到35℃，管外空气从119℃下降到45℃，空气流量为19.6kg/min，换热器总传热系数K=84W/（m2•K），试计算所需的传热面积。

解：

先按逆流算出对数平均温差为

故查图1.8，,

=0.952，故对数平均温差

空气平均温差

，查表得空气的比热cp=1009J/（kg•K）

空气的换热量

故需传热面积

集美大学2011级学长致学弟学妹

热力1112

读书的好处

1、行万里路，读万卷书。

2、书山有路勤为径，学海无涯苦作舟。

3、读书破万卷，下笔如有神。

4、我所学到的任何有价值的知识都是由自学中得来的。

——达尔文

5、少壮不努力，老大徒悲伤。

6、黑发不知勤学早，白首方悔读书迟。

——颜真卿

7、宝剑锋从磨砺出，梅花香自苦寒来。

8、读书要三到：

心到、眼到、口到

9、玉不琢、不成器，人不学、不知义。

10、一日无书，百事荒废。

——陈寿

11、书是人类进步的阶梯。

12、一日不读口生，一日不写手生。

13、我扑在书上，就像饥饿的人扑在面包上。

——高尔基

14、书到用时方恨少、事非经过不知难。

——陆游

15、读一本好书，就如同和一个高尚的人在交谈——歌德

16、读一切好书，就是和许多高尚的人谈话。

——笛卡儿

17、学习永远不晚。

——高尔基

18、少而好学，如日出之阳；壮而好学，如日中之光；志而好学，如炳烛之光。

——刘向

19、学而不思则惘，思而不学则殆。

——孔子

20、读书给人以快乐、给人以光彩、给人以才干。

——培根