换热器原理与设计复习重点.docx

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换热器原理与设计复习重点

绪论：

1.填空：

1．按传递热量的方式，换热器可以分为间壁式,混合式,蓄热式

5.换热器设计计算内容主要包括热计算、结构计算流动阻力计算和强度计算

6.按温度状况来分，稳定工况的和非稳定工况的换热器

3.举例说明5种换热器，并说明两种流体的传热方式？

说明两种流体的传热机理？

1）蒸发器：

间壁式，蒸发相变—导热—对流

2）冷凝器：

间壁式，冷凝相变—导热—对流

3）锅炉：

间壁式，辐射—导热—对流

4）凉水塔：

混合式，接触传热传质

5）空气预热器：

蓄热式，对流—蓄热，蓄热—对流

第一章

1.填空：

1．传热的三种基本方式是_导热__、____对流__、和辐射_。

2..两种流体热交换的基本方式是___直接接触式___、_间壁式_、和___蓄热式_。

5．通常对于气体来说，温度升高，其黏度增大，对于液体来说，温度升高，其黏度减小

6．热计算的两种基本方程式是_传热方程式__和热平衡式_。

7．对于传热温差，采用顺流和逆流传热方式中，顺流传热平均温差小，逆流时传热平均温差大。

9.在采用先逆流后顺流<1-2>型热效方式热交换器时，要特别注意温度交叉问题，避免的方法是增加管外程数和两台单壳程换热器串联工作。

10.冷凝传热的原理，层流时，相对于横管和竖管，横管传热系数较高。

11.对于单相流体间传热温差，算术平均温差值大于对数平均温差

13．设计计算时，通常对传热面积进行判定，校核计算时，通常对传热量进行判定

2.简答（或名词解释）：

1.什么是效能数？

什么是单元数？

（要用公式表示）

答：

实际情况的传热量q总是小于可能的最大传热量qmax，我们将q/qmax定义为换热器的效能，并用表示，即

换热器效能公式中的KA依赖于换热器的设计，Wmin则依赖于换热器的运行条件，因此，KA/Wmin在一定程度上表征了换热器综合技术经济性能，习惯上将这个比值（无量纲数）定义为传热单元数NTU

4、流体换热的基本方式有哪些？

答：

主要分为三种：

直接接触式传热，蓄热式换热和间壁式换热。

直接接触式传热

直接接触式传热的特点是冷、热两流体在换热器中以直接混合的方式进行热量交换，也称混合式换热。

蓄热式换热

蓄热式换热器是由热容量较大的蓄热室构成。

室中充填耐火砖作为填料，当冷、热流体交替的通过同一室时，就可以通过蓄热室的填料将热流体的热量传递给冷流体，达到两流体换热的目的。

间壁式换热

间壁式换热的特点是冷、热流体被一固体隔开，分别在壁的两侧流动，不相混合，通过固体壁进行热量传递。

3.计算题

1.有一蒸汽加热空气的热交换器，它将流量为5kg/s的空气从10℃加热到60℃，空气与蒸汽逆流，其比热为1.02KJ/（kg℃）,加热蒸汽系压力为P=0.3Mpa,温度为150℃的过热蒸汽，在热交换器中被冷却为该压力下90℃的过冷水，试求其平均温差。

（附：

饱和压力为0.3MP,饱和蒸汽焓为2725.5KJ/kg，饱和水焓为561.4KJ/kg.150℃时，水的饱和温度为133℃，过热蒸汽焓为2768KJ/kg，90时，过冷水的焓为377KJ/kg）

解：

由于蒸汽的冷却存在着相变，因此在整个换热过程中，蒸汽的比热不同，在整个换热过程中的平均温差应该分段计算再求其平均值。

将整个换热过程分为三段：

过热蒸汽冷却为饱和蒸汽所放出的热量Q1，相变过程的换热量Q2，从饱和水冷却到过冷水所放出的热量Q3

Q=M2C2（t

-t

）=5×1.02×50＝255KJ/s；

根据热平衡蒸汽耗量M1=Q/（i

-i

）=255/（2768-377）

=0.1066kg/s

因为在热交换器换热过程中存在着两个冷却过程和一个冷凝过程，因而将之分为三段计算。

Q1=M1（i

-i’）=0.1066×（2768-2725.5）=4.531KJ/s

Q2=M1（i’-i”）=0.1066×（2725.5-561.4）=230.693KJ/s

Q3=M1（i”-i

）=0.1066×（561.4-377）=19.657KJ/s

因为Q3＝M2C2（tb-t

），可得tb＝19.567/（5×1.02）+10=13.837℃

因为Q2+Q3＝M2C2（ta-t

）,可得ta＝250.47/（5×1.02）+10=59℃

△t1=[（150-60）-（133-59）]/ln[（150-60）/（133-59）]=81.7℃

△t2=[（133-13.837）-（133-59）]/ln[（133-13.837）/（133-59）]

=94.725℃

△t3=[（90-10）-（133-13.837）]/ln[（90-10）/（133-13.837）]

=98.212℃

总的平均温差为：

△tm=Q/（Q1/△t1+Q2/△t2+Q3/△t3）

=255/（4.531/81.7+230.693/94.725+19.657/98.212）℃

=94.8℃

沿换热器流程温度示意图如下：

3、一换热器用100℃的水蒸汽将一定流量的油从20℃加热到80℃。

现将油的流量增大一倍，其它条件不变，问油的出口温度变为多少？

注：

解：

根据题意，相比较水蒸气换热为相变换热的流体，油为热容值小的流体

因此根据效能数和单元数的关系

可得：

现将油的流量增大一倍，其它条件不变，单元数减小为原来的0.5倍，因此

可得

解得

。

4.某换热器用100℃的饱和水蒸汽加热冷水。

单台使用时，冷水的进口温度为10℃，出口温度为30℃。

若保持水流量不变，将此种换热器五台串联使用，水的出口温度变为多少？

总换热量提高多少倍？

解：

根据题意，将换热器增加为5台串联使用，将使得传热面积增大为原来的5倍，相比较水蒸气换热为相变换热的流体，水为热容值小的流体，因此

因此根据效能数和单元数的关系

可得：

现将传热面积增大为原来的5倍，单元数增大为原来的5倍，

由于

效能数为

水的出口温度为

根据热平衡式，对于冷水，热容值不变，温差增大的倍数为换热量增加的倍数：

第二章

1.填空：

1.根据管壳式换热器类型和标准按其结构的不同一般可分为：

固定管板式换热器、U型管式换热器、浮头式换热器、和填料函式换热器等。

2.对于固定管板式换热器和U型管式换热器，固定管板式换热器适于管程走易于结垢的流体

3相对于各种类型的管壳式换热器固定管板式换热器不适于管程和壳程流体温差较大的场合。

4.相对于各种类型的管壳式换热器，填料函式换热器不适用于易挥发、易燃、易爆、有毒及贵重介质，使用温度受填料的物性限制。

5．管子在管板的固定，通常采用胀管法和焊接法

6.在管壳式换热器中，管子的排列方式常有等边三角形排列（正六角形排列）法、同心圆排列法和正方形排列法排列法。

7.如果需要增强换热常采用等边三角形排列（正六角形排列）法、，为了便于清洗污垢，多采用正方形排列。

同心圆排列法使得管板的划线、制造和装配比较困难。

8.为了增加单位体积的换热面积，常采用小管径的换热管

9.为了提高壳程流体的流速和湍流强度，强化流体的传热，在管外空间常装设纵向隔板和折流板。

10.折流板的安装和固定通过拉杆和定距管

14.在廷克流动模型中ABCDE5股流体中，真正横向流过管束的流路为B股流体

D股流体折流板与壳体内壁存在间隙而形成的漏流,设置旁路挡板可以改善C流路对传热的不利影响

15.若两流体温差较大，宜使传热系数大的流体走壳程，使管壁和壳壁温差减小。

17.采用小管径换热器，单位体积传热面积增大、结构紧凑、金属耗量减少、传热系数提高

18.流体诱发振动的原因是涡流脱落，湍流抖振和流体弹性旋转

19.减小管子的支撑跨距能增加管子固有频率，在弓形折流板缺口处不排管，将减小管子的支撑跨距

2.名词解释：

（2）.布管限定圆

热交换器的管束外缘受壳体内径的限制，因此在设计时要将管束外缘置于布管限定圆之内，布管限定圆直径Dl大小为

浮头式：

固定板或U型管式

3.简答：

（1）.试分析廷克流动模型各个流路及其意义

答：

（1）流路A，由于管子与折流板上的管孔间存在间隙，而折流板前后又存在压差所造成的泄漏，它随着外管壁的结垢而减少。

（2）流路B，这是真正横向流过管束的流路，它是对传热和阻力影响最大的一项。

（3）流路C，管束最外层管子与壳体间存在间隙而产生的旁路，此旁路流量可达相当大的数值。

设置旁路挡板，可改善此流路对传热的不利影响。

（4）流路D，由于折流板和壳体内壁间存在一定间隙所形成的漏流，它不但对传热不利，而且会使温度发生相当大的畸变，特别在层流流动时，此流路可达相当大的数值。

（5）流路E，对于多管程，因为安置分程隔板，而使壳程形成了不为管子所占据的通道，若用来形成多管程的隔板设置在主横向流的方向上，他将会造成一股（或多股）旁路。

此时，若在旁通走廊中设置一定量的挡管，可以得到一定的改善。

（3）.找出下列图中，换热器的名称及各零部件名称和及作用

1）固定管板式换热器

1.折流板---使壳程流体折返流动，提高传热系数。

支撑管束，防止弯曲

2.膨胀节---补偿管壳式式换热器的温差应力

3.放气嘴---释放不凝结气体

2）浮头式换热器

1.管程隔板---增大管程流体的流速

2.纵向隔板---提高壳程流体的流速和湍流强度，强化流体的传热，在管外空间常装设纵向隔板

3.浮头---补偿管壳式式换热器的温差应力

3）U形管式换热器

1.U形管---使流体通过及换热

2.纵向隔板---提高壳程流体的流速和湍流强度，强化流体的传热，在管外空间常装设纵向隔板

3.管程隔板---增大管程流体的流速

4）请说出序号2、6、7、8、18各代表什么零件，起什么作用？

2----管程接管法兰，与换热器管程外流路官路连接；

6---拉杆，安装与固定折流板；

7---膨胀节，补偿管子与壳体热应力不同；

8---壳体，用来封装壳程流体，并承受壳程流体压力,

18---折流板-使壳程流体折返流动，提高传热系数。

支撑管束，防止弯曲

第三章

第一节：

1.填空：

1.热交换器单位体积中所含的传热面积的大小大于等于700m2/m3，为紧凑式换热器

2.通常采用二次表面来增加传热表面积，或把管状的换热器改为板状表面，

3.螺旋板式热交换器的构造包括螺旋型传热板、隔板、头盖和连接管

4.螺旋板式换热器的螺旋板一侧表面上有定距柱，它的作用主要是保持流道的间距、加强湍流、和增加螺旋板刚度。

5.在Ⅲ型螺旋板式热交换器中：

一侧流体螺旋流动，流体由周边转到中心，然后再转到另一周边流出。

另一侧流体只作（轴向流动），适用于有相变流体换热

第二节

4）.板式换热器的流程和通道配合为

，其中甲流体为热流体，乙流体为冷流体

第三节

1.填空：

1.板翅式换热器由隔板、翅片、封条基本单元和导流片和封头组成

简答：

1.对于板翅式热交换器，两个热通道之间相隔三个冷通道A、B、C，冷热通道的翅高均为H，求每个冷通道的定性尺寸及翅片效率。

2.简答：

1）说明定性尺寸及翅片效率

定型尺寸为b，翅片效率为η=tan（mb）/（mb）

对于冷通道A，定性尺寸为H，翅片效率为ηA=tan（mH）/（mH），对于冷通道B，定性尺寸为1.5H，翅片效率为ηA=tan（1.5mH）/（1.5mH），

对于冷通道C，定性尺寸为H，翅片效率为ηC=tan（mH）/（mH），