热交换器原理与设计复习考核重点.docx

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热交换器原理与设计复习考核重点

热交换器原理与设计复习考核重点

第二章管壳式热交换器

1、管壳式热交换器按其结构的不同一般可分为固定管板式、U形管式、浮头式和填料式四种类型。

管壳式热交换器，具有结构简单、造价较低、选材范围广、适用范围广、

处理能力大、清洗方便等优点，还能适应高温高压的要求。

但传热效果较差、体积比较庞大，因此在某些场合需要使用在传热性能、体积等方面具有一定优点的其他型式热交换器。

（1）固定管板式热交换器:

将管子两端固定在位于壳体两端的固定管板上，固称之为管板式热交换器。

结构比较简单，重量轻，在壳程数相同的条件下可排的管数多。

但是他的壳程不能检修和清洗，因此宜于流过不宜结垢和清洁的流体，当管束与壳体的温差太大而产生不同的热膨胀时，常会使管子与管板的接口脱开。

从而发生流体的泄漏。

为避免后患可在外壳上装设膨胀节，但它只能减小而不能完全消除由于温差引起的热应力。

这种方法不能照顾到管子的相对移动。

（2）U形管式热交换器:

管束由U字形弯管组成。

管子两端

固定在同一管板上，弯曲端不加固定，使每根管子具有自由伸缩的余地而不受其他管子及壳体的影响。

可将整个管束抽出清洗，但要清除内壁的污垢却比较困难，因为弯曲的管子需要一定的弯曲半径，因而在制造时需要不同曲率的模子弯管，且使管板的有效利用率降低。

此外，损坏的管子也难于调换，U形管中间部分空间对热交换器的工———————————————————————————————————————————————

作有着不利的影响，从而使热的应用受到很大的限制。

（3）浮头式换热器:

两端管板只有一端与壳体以法兰实行固

定连接（为固定端），另一端的管板不与壳体固定连接而可相对于壳体滑动，这一端为浮头端。

管束的热膨胀不受壳体的约束，壳体与管束之间不会因差胀而产生热应力。

需要清洗和检修时，仅将整个固定端抽出即可进行。

它的缺点是:

浮头盖与管板法兰连接有相当大的面积，结果使壳体直径增大，或壳程与管束之间形成了阻力较小的环形通道，部分流体将有此处旁通而不参与热交换过程。

优缺点表明，浮头式热交换器适用于管子与壳体间温差大，壳程介质腐蚀性强，易结垢的情况。

（4）填料函式热交换器:

应用于温差较大，介质易结垢，且

压力不高大场合。

使一端管板固定而让另一端可在填料函中滑动的热交换器。

由于填料密封处容易泄露，故不宜用于挥发、易燃易爆、有毒和高压流体的热交换。

由于制造的复杂，安装不便，不宜采用这种结构。

3、管子在管板上的固定于排列:

1）等边三角形法:

当层数>6时，由于六边形的弓形部分可排管子，故层数越多越有利;（最合理排列方式）2）同心圆法:

比较紧凑，且靠近壳体处布管均匀，在小直径热交换器中，这种方式布管数比等边三角形要多。

3）正方形法:

一定管板面积是可排列的管数最少，但它易于清扫，故在易于生成污垢、需将管束抽出清洗时的场合得到应用（浮头式~和填料函式~）

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5、补强圈:

保护传热管，定距管:

定折流板间距拉杆:

用于固定折流板，分程隔板:

为了将热交换器的管程分为若干流程;

4、区分挡管、折流板、定距柱:

拉杆和定距管主要用于

折流板的安装，拉杆主要固定折流板在垂直方向上的位置，减少由流体作用换热管与折流板之间的摩擦，定距管主要是定位折流板在水平方向上的距离，也就是控制折流板的间距，提高换热效率。

5、折流板:

为了提高流体的流速和湍流强度，强化壳程流体的传热，在管外空间装设纵向隔板或折流板。

纵向隔板在U形管壳式热交换器中常有应用，折流板除使流体横过管束流动外还有支撑管束、防止管束振动和弯曲的作用，装设比纵向隔板简单。

常用形式有:

弓形折流板、盘环形。

有时折流板附近出现流动“死区”，为避免应使折流板倾斜。

优点:

没有传热死区、结垢速度慢、管束不易振动挡管和旁路挡板:

防止壳程流体短路防冲板与导流筒:

保护传热管束6、管壳式热交换器的基本构造:

?

管板?

分程隔板?

纵向隔板、折流板、支持板?

挡板和旁路挡板?

防冲板产生流动阻力的原因:

?

流体具有黏性，流动时存在着摩擦，是产生流动阻力的根源;?

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。

热交换器中的流动阻力:

摩擦阻力和局部阻力

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

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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。

7、卧式和立式管壳式换热器型号表示法:

前端管箱:

A-平盖管箱，B-封头管箱，C-用于可拆管束与管板制成一体的管箱;N-与管板制成一体的固定管板管箱，D-特殊高压管箱;

壳体型式:

E-单程壳体，F-具有纵向双程壳体G-分流，H-双分流，I-U形管式热交换器，J-无隔板分流K-釜式重沸器，O-外导流

后端结构形式:

L-与A相似的固定管板结构，M-与B相似的固定管板结构N-与C相似的固定管结构，P-填料函式浮头，T-钩圈式浮头U-U形管束，W-带套环填料函式浮头

第三章高效间壁式换热器1、间壁式热交换器有固定传热面，热量在同一时刻通过固体壁由一侧的热流体传递给另一侧的冷流体。

紧凑性是指热交换器的单位体积中所包含的传热面积大小，单位为（m2/m3），凡大于700m2/m3的热交换器即可称为紧凑式热交换器。

2、螺旋板式热交换器:

是一种由螺旋形传热板片构成的热交换器。

它比管壳式热交换器传热性能好，结构紧凑，制造简单，运输安装方便。

适用于石油化工、制药。

食品、染料、制糖等工业部门的气-气、气-液、液-液对流或冷凝的热交换。

基本构造包括螺旋形传热板、隔板、头盖连接管等。

包含由两张厚2~6mm的钢板卷制而成的一对同心圆的螺旋形流道，中心处的隔———————————————————————————————————————————————

板将板片两侧流体隔开，冷热流体在板两侧的流道内流动，通过螺旋板进行热交换。

螺旋板一侧表面上有定距柱，为了保证流道的间距，也能加强湍流和增加螺旋板刚度的作用。

3、板式热交换器:

近几十年得到发展和广泛应用的一种新型高效、紧凑的热交换器。

它由一系列互相平行、具有波纹表面的薄金属板相叠而成，比螺旋板式热交换器更为紧凑，传热性能更好。

按构造分为可拆卸（密封垫式）、全焊式和半焊式三类，可拆卸式热交换器主要三个部件为:

传热板片、密封垫片、压紧装置及其他一些部件（轴、接管等）。

优点:

1结构紧凑，占用空间小;2传热系数高;3顶部温差小;4热损失小;5适应性好，易调整;6流体滞留量小。

缺点:

处理能力不大，操作压力比较低（<20atm），操作温度不能太高（<300摄氏度）。

传热板片:

板式热交换器的关键元件，使流体在低速下发生强烈湍流，以强化传热;提高板片刚度，能耐较高的压力。

密封垫片:

为了防止外漏和两流体之间内漏，安装于密封槽内，运用中承受压力和温度，而且受着工作流体的侵蚀，在多次拆装后要求它具有良好的弹性;在两板片间造成一定间隙形成介质的通道。

压紧装置:

用于将垫片压紧，产生足够的密封力，使得热交换器在工作时不发生泄漏。

4、板翅式热交换器:

结构基本单元为隔板、翅片及封条三部分。

冷热流体在相邻的基本单元体的流道中流动，通过翅片及与翅片连成一体的隔板进行热交换。

因而，这样的结构基本单元体也就是进行热交换的基本单元，将———————————————————————————————————————————————

许多基本单元根据流体流动方式的布置叠置起来，钎焊成一体组成板翅式热交换器的板束或芯体。

翅片作用和形式:

翅片是板翅式热交换器最基本元件，冷热流体之间热交换大部分通过翅片，小部分直接通过隔板。

翅片除承担主要的传热任务外，还起着两隔板之间的加强作用面扩大传热面积形成二次传热面。

封条:

使流体在单元体的流道中流动而不向两侧外流。

它的上下面均具有0.15mm的斜度，以便在组成板束时形成缝隙，利于钎剂渗透。

导流片和封头:

导流片是为了便于把流体均匀地引导到翅片的各流道中或汇集到封头中，同时也起保护较薄的翅片在制造时不受损坏和避免通道被钎剂堵塞的作用。

封头作用是集聚流体，使板束与工艺管道连接起来隔板与盖板:

板翅式热交换器板束最外侧的板称为盖板，它除承受压力外还起保护作用。

板翅式热交换器传热强度高，主要是由于翅片表面的孔洞、缝隙、弯折等促使湍动，破坏热阻大的层流底层，所以适合于气体等传热性能差的流体间传热。

主要不足之处是流道狭小，容易引起堵塞而增大压力降由于不能拆卸，一旦结垢，清洗就很困难。

5、翅片管热交换器:

一种带翅（亦称带肋）的管式热交换器，它可以有壳体也可以没有。

可以仅由一根或若干翅片管组成，也可再配以外壳、风机等组成空冷器式的热交换器。

翅片管:

是翅片管热交换器的主要换热元件，翅片管由基管和翅片组合而成，对翅片管要求:

有良好的传热性能、耐温性能、耐热冲———————————————————————————————————————————————

击能力及耐腐蚀能力，易于清理尘垢，压降较低等。

6、（重要）热管热交换器优点:

1很高的导热性、2优良的等温性、3热流密度可变性、4热流方向的可逆性，环境的适应性。

热管不仅可用于散热，还可用于热开关、热控制。

热管的组成:

热管是热管换热器的最基本元件，从其外观来看，通常是一根有翅片或无翅片的普通圆管，其主要结构特点表现在管内。

它由管壳、毛细多孔材料（管芯）和蒸汽腔（蒸汽管道）组成。

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发，蒸汽流向冷凝段，在这里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。

由于汽化潜热大，所以在极小的温差下就能把大量的热量从热管的蒸发段传至冷凝段。

绝热段作为蒸汽通道的不工作部分不承担传热任务，而是为了分开冷热源并使热管能适应任意需要的几何形状布置而设置的。

问答:

青藏铁路为什么要插热管,

夏天气温上升，冻土层中的冰吸热就要熔化，上面的路基就塌了，而冬天温度降低，冻土层的体积就要变大，上面的路基和钢轨就会被起来，一降一升，火车极易脱轨。

热管里面装有液氮，路基温度升高时，液氨吸收热量发生汽化现象，上升到热管的上端，通过散热片将热量传导给空气，此时气态氨放出热量发生液化现象，变成了液态氨，又沉入管底，这样，热管就相当于一个“制冷机”。

（。

。

。

红色部分。

。

。

）目前，以热管为传热元件的热管换热器具有传热效率高、结构紧凑、———————————————————————————————————————————————

流体阻损小、有利于控制露点腐蚀等优点。

第四章混合式热交换器1、混合式热交换器是依靠冷热流体直接接触进行传热的，这种传热方式避免了传热间壁及其两侧污垢形成的热阻，只要流体间的接触情况良好，就有较大的传热效率。

共同优点是结构简单，消耗材料少，接触面大，并因直接接触而有可能使得热量的利用比较安全。

按用途可分为:

冷水塔（冷却塔）、气体洗涤塔（洗涤塔）、喷射式热交换器、混合式冷凝器。

1）冷水塔:

根据循环水在塔内是否与空气直接接触可分为干式、湿式。

干式冷水塔是吧循环水送到安装于冷却塔中的散热器内被空气冷却，这种塔多用于水源奇缺而不允许水分散失或循环水污染的情况。

而湿式冷水塔则让水与空气直接接触，把水中的热传给空气，在这种塔中，水因蒸发而造成损耗，蒸发又使循环的冷却水含盐度增加，为了稳定水质，必须排放掉一部分含盐度较高的水，补充一定的新水，因此湿式冷水塔要有补给水源。

按照热质交换区段水和空气两者流动方向的不同，方向相反的为逆流塔，方向垂直交叉的为横流塔。

淋水装置:

将进塔的热水尽可能形成细小的水滴或水膜，以增加水和空气的接触面积，延长接触时间，增进水汽之间的热质交换。

配水系统:

在于将热水均匀地分配到整个淋水面积上，从而使淋水装置发挥最大冷却能力。

通风筒:

是冷水塔的外壳、气流的通道，作用在于创造良好的空气动力条件，并将排出的冷却塔的湿热空气送往高空，减少或避免湿———————————————————————————————————————————————

热空气回流。

自然通风冷水塔一般都很高，有的达到150m以上，而机械通风冷水塔一般在10m左右的高度。

包括风机的进风口和上部的扩散筒。

为了保证进、出风的平缓性和清除风筒口的涡流区，风筒的界面一般用圆锥形或抛物线形。

冷水塔工作原理:

冷水塔内水的降温主要是由于水的蒸发散热和气水之间的接触传热。

因为冷却塔多为封闭形式，且水温与周围构件的温度都不是很高，故辐射传热量可不予考虑。

混合式热交换器优点:

结构简单，消耗材料少，接触面积大，并且直接接触，而使得热量的利用比较安全。

绪论及第一章热交换器计算1、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。

2、热交换器的分类:

按照传热量的方法来分:

间壁式、混合式、蓄热式。

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;

3、各种类型的间壁式热交换器:

沉浸式热交换器、喷淋式热交换器、套管式热交换器、管壳式热交换器4、管壳式热交换器的振动与噪声:

1）涡流脱落---A降低壳侧的流速

2）流体弹性旋转---B增加管子的固有频率3）湍流抖振---C提高声振频率

第五章蓄热室热交换器

1、蓄热式热交换器:

冷、热流体交替流过廷议固体传热面及其形成的通道，依靠构成传热面的物体热容作用（吸热或放热），实现———————————————————————————————————————————————

冷热流体之间的热交换。

用于流量大的气-气热交换场合，有交叉污染，温度波动大。

2、回转型蓄热式热交换器:

主要由圆筒形蓄热体（常称转子）及风罩两部分组成。

它又分为转子回转型和外壳回转型。

转子就是一个蓄热体。

在转子回转型中，转子转动，而风罩不动;转子回转时，按照一定周期不断交替地通过冷热流体通道。

设转子某部分在某一时刻通过了热流体通道，转子上的蓄热体就吸收并积蓄了人呢过;到下一时刻，转子该部分到达冷流体通道，就把所储蓄的热能释放给冷流体。

对于外壳回转型，转子不动。

而外壳（风罩）在转动，同样达到了热交换的目的。

蓄热板的形状应不使气体在其上作层流流动，同时能防止它在烟气中发生腐蚀和堵塞。

气体在其中平均流速为8~16m/s，流动阻力控制在250~100Pa。

蓄热板组合件中的波形板和定位板上斜波纹与气流方向约成30度夹角，而两者波纹方向相反，以加强扰动，提高传热效果。

因蓄热板布置紧密，容易堵灰，故在传热面的上下部设有蒸汽吹灰装置。

当空气预热器发生二次燃烧事故时，吹灰装置可兼作灭火设施使用。

3、阀门切换型蓄热式热交换器:

由两个相同的充满蓄热体的蓄热室所构成。

当双通阀门处于图示位置时，冷空气从蓄热室乙流过，蓄热体释放热量使冷空气受热，热烟气则在同时流过蓄热室甲，将甲中蓄热体加热而烟气本身被冷却，在一定时间间隔后，将双通阀门转动90度，则使冷空气改向流过甲，热烟气流过乙。

如此定期地不断切换双通阀门就可实现冷、热气体之间的热交换。

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5、传热强化增强传热的基本途径:

?

扩展传热面积F?

加大传热温差Δt?

提高传热系数K

6、热补偿措施:

减小管子与壳体的温差、采用膨胀节、使管束与壳体均能自由膨胀、弹性管板补偿、双套管温度补偿。

7、容量（W,Mc）:

表示流体的温度每改变1?

时所需的热量

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

8、传热有效度（ε）:

实际传热量Q与最大可能传热量Qmax之比，即ε=Q/Qmax。

意义:

以温度形式反映出热、冷流体可用热量被利用的程度。

传热单元数:

是实际传热速率和理论上可能的最大传热速率之比，反映冷热流体间换热过程难易程度的参数，也是衡量换热器传热能力的参数。

9、在同样的传热单元数时，逆流热交换器的传热有效度总是大于顺流的，且随传热单元数的增加而增加。

在顺流热交换器中则与此相反，气传热有效度一般随传热单元数的增加而趋于定值。

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