換熱器原理與設(shè)計(jì)解答題

1、1. 按傳熱過程分類,換熱器有幾類?各自的特點(diǎn)是什么? (1)直接接觸式換熱器，也叫混合式換熱器 (2)周期流動(dòng)式換熱器，也稱蓄熱式換熱器，借助于由固體制成的蓄熱體交替地與熱流體和冷流體接觸。優(yōu)點(diǎn)： P2主要缺點(diǎn)：P2 (3)間壁式換熱器，也稱表面式換熱器，冷熱流體被一個(gè)固體壁面隔開，互不接觸，熱量通過固體壁面?zhèn)鬟f。應(yīng)用最多 (4)液體耦合間接式換熱器：系統(tǒng)由兩臺間壁式換熱器組成，通過某種傳熱介質(zhì)(如水或液態(tài)金屬)的循環(huán)耦合在一起。主要優(yōu)點(diǎn)： P42. 換熱器常用哪些材料制造?金屬材料換熱器：碳鋼、不銹鋼、鋁、銅、鎳及其合金等非金屬材料換熱器：石墨、工程塑料、玻璃、陶瓷換熱器等。稀有金屬換熱器

2、可解決高溫、強(qiáng)腐蝕等換熱問題，但材料價(jià)格昂貴使應(yīng)用范圍受到限制。鈦應(yīng)用較，鉭、鋯等應(yīng)用較少。3. 對腐蝕性介質(zhì),可選用什么材料換熱器? 非金屬材料換熱器：石墨、工程塑料、玻璃、陶瓷換熱器等 4. 管殼式換熱器特點(diǎn)，常用類型？優(yōu)點(diǎn)：管殼式換熱器具有易于制造、成本較低、清洗方便、適應(yīng)性強(qiáng)、處理量大、工作可靠以及選材范圍廣等特點(diǎn),且能適用于高溫高壓的工況。缺點(diǎn)：存在殼程流動(dòng)死區(qū)、殼程壓力損失較大、容易結(jié)垢以及容易發(fā)生管束誘導(dǎo)振動(dòng)等5. 間壁式換熱器的特點(diǎn),常用有哪些類型?P2 P3 6. 對兩種流體參與換熱的間壁式換熱器,其基本流動(dòng)式有哪幾種?說明流動(dòng)形式對換熱器熱力工作性能的影響. (1)順流式或

3、稱并流式，其內(nèi)冷、熱兩種流體平行地向著同一方向流動(dòng). (2)逆流式，兩種流體也是平行流動(dòng)，但它們的流動(dòng)方向相反。 (3)叉流式或稱錯(cuò)流式，兩種流體的流動(dòng)方向互相垂直交叉. (4)混流式，兩種流體在流動(dòng)過程中既有順流部分，又有逆流部分。當(dāng)冷、熱流體交叉次數(shù)在四次以上時(shí)，可根據(jù)兩種流體流向的總趨勢，將其看成逆流或順流.順流和逆流可以看作是兩個(gè)極端情況。在進(jìn)出口溫度相同的條件下，逆流的平均溫差最大，順流的平均溫差最小。7. 間壁式換熱器的總傳熱熱阻由幾項(xiàng)組成?從熱阻的角度考慮,理論上如何強(qiáng)化間壁式換熱器的傳熱?P11 ;平壁:增加A、采用導(dǎo)熱系數(shù)高的材料、減小平壁厚度;圓管:增加圓管壁長度、采用導(dǎo)熱

4、系數(shù)高的材料、1.理論提高K值的途徑(加大傳熱系數(shù))(1)提高傳熱面兩側(cè)的換熱系數(shù)；(2)避免或減輕污垢積聚；(3)選用導(dǎo)熱性能良好的材料作傳熱壁面并盡量減薄其厚度。(2) 加大平均溫差:盡量采取近于逆流的傳熱方式; 提高熱流體溫度或降低冷流體溫度(3) 采用高效能傳熱面8. 用對數(shù)平均溫差法,效率-傳熱單元數(shù)法進(jìn)行傳熱計(jì)算. 9. 溫度變化對流體物性參數(shù)的影響,如何修正.?10. 已知冷、熱流體進(jìn)口溫度分別為t1、t2,出口溫度分別為t1,t2,畫出順流、逆流換熱時(shí)冷熱流體溫度的變化曲線,寫出順流、逆流的對數(shù)平均溫差計(jì)算公式,并比較對數(shù)平均溫差法和效能=傳熱單元數(shù)法. 11. 簡述翅片效率的

5、物理意義,并說明翅高、翅片導(dǎo)熱系數(shù)、翅片厚度和對流傳熱系數(shù)對翅片效率的影響. 翅片效率為實(shí)際傳熱熱流量與理想狀況下最大傳熱熱流量之比，即hf=F/Ft。 ?12. 試述翅片效率和表面效率的關(guān)系和區(qū)別. 有效傳熱面積與總傳熱面積之比稱為表面效率h0 ，h0=Aef/A; 表面效率h0取決于翅片和基壁的結(jié)構(gòu)參數(shù)及翅片效率。翅片效率與流體對翅片表面的傳熱系數(shù)、翅片形狀、翅片材料的導(dǎo)熱系數(shù)有關(guān)。翅片效率為實(shí)際傳熱熱流量與理想狀況下最大傳熱熱流量之比，即hf=F/Ft。 13. 對兩流體換熱器,為什么要進(jìn)行與溫度有關(guān)的物性影響修正?對氣體和液體,進(jìn)行修正時(shí)考慮因素有何不同?P3514. 板翅式換熱器的作

6、用、結(jié)構(gòu)形式、特點(diǎn)和應(yīng)用,高度和厚度的確定.(1).板翅式換熱器的主要優(yōu)點(diǎn)是：傳熱能力強(qiáng)；結(jié)構(gòu)緊湊；輕巧牢固；工作適應(yīng)性廣。(2).板翅式換熱器的主要缺點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造價(jià)高；流道小、易阻塞；要求介質(zhì)對所采用的金屬無腐蝕性。(3).構(gòu)造基本元件由隔板、翅片及封條等組成。相鄰兩隔板之間放置翅片和封條，組成一個(gè)夾層，構(gòu)成通道。由一定數(shù)量的通道按一定方式排列在一起的組件，即是板束。將單個(gè)或多個(gè)板束根據(jù)流體的不同流動(dòng)形式疊置起來釬焊成整體，便組成芯體。芯體配以必要的封頭、接管和支承就組成了板翅式換熱器15. 簡述如何計(jì)算板翅式換熱器的壓力損失,定性說明各部分壓力損失形成的原因.(P60)(1).進(jìn)口壓

7、力損失流體由截面1-1流入截面a-a時(shí)的壓力損失由兩部分組成：由于面積收縮，流體的動(dòng)能增加引起的壓力損失，壓力變化可逆，即當(dāng)截面由小變大時(shí)，可使壓力增加。由于突縮段不可逆自由膨脹引起的壓力降低。通常密度作常數(shù)，流體動(dòng)能增加量為：式(3-45)進(jìn)口壓力損失：式(3-46)應(yīng)用連續(xù)方程、質(zhì)量流速和比體積，經(jīng)化簡得：式(3-48) (2).出口壓力回升流體由截面b-b到截面2-2的出口壓力回升，分成兩部分：由于流動(dòng)截面積變化引起的壓力升高，不考慮摩擦；由于突擴(kuò)段不可逆自由膨脹和動(dòng)量變化引起的壓力損失。式(3-49)、 (3-50)16. 板翅式換熱器導(dǎo)流片的作用 導(dǎo)流片的作用：匯集或分配流體，便于封

8、頭布置和均布流入通道的流體，其結(jié)構(gòu)與多孔型翅片相同，僅尺寸稍大而已。17. 簡述板式換熱器的基本構(gòu)造.板式換熱器板片形狀、特點(diǎn)和應(yīng)用.(1)板式換熱器的基本構(gòu)造： 板式換熱器的整體結(jié)構(gòu)包括板片組合體和框架結(jié)構(gòu)兩部分。固定壓緊板、活動(dòng)壓緊板、導(dǎo)桿、螺柱、螺母及前支桿可統(tǒng)稱為板式換熱器的框架；眾多的板片、墊片可稱為板束。 板片一般由0.60.8mm的金屬板壓制成波紋狀，波紋板片上貼有密封墊圈。板片按設(shè)計(jì)的數(shù)量和順序安放在固定壓緊板和活動(dòng)壓緊板之間，然后用壓緊螺柱和螺母壓緊，上、下導(dǎo)桿起著定位和導(dǎo)向作用。墊片作用：密封，流體在板間流動(dòng)的導(dǎo)向作用。(2) 板片形狀：人字形板-人字形板的斷面形狀常為三角

9、形，人字形之間夾角通常為120。組裝時(shí)，每相鄰兩板片是相互倒置的，從而形成網(wǎng)狀觸點(diǎn)，并使通道中流體形成網(wǎng)狀流。流體從板片一端的一個(gè)角孔流入，可從另一端同一側(cè)的角孔流出(稱為單邊流)，或另一端另一側(cè)的角孔流出(稱為對角流)，如圖3-45(b)。 特點(diǎn)，應(yīng)用水平平直波紋板-為一種斷面形狀為等腰三角形的水平平直波紋板。還有有褶的三角形波紋和階梯形波紋混合b人字板(熱混合板)- 有大人字角(H板片)和小人字角(L板片)兩種，將H板片和L板片相間組裝或分段組裝，稱M板片18. 板式換熱器的最高工作溫度、最高工作壓力受那些因素的影響?板式換熱器最高使用溫度取決于密封圈的耐熱性能，最大使用壓力取決于密封圈的

10、材質(zhì)和斷面形狀; 板式換熱器使用的最大壓力取決于板面結(jié)構(gòu)、材質(zhì)、厚度、密封系統(tǒng)及壓緊裝置的強(qiáng)度。19. 如何定義管殼式換熱器的管程、殼程?是畫出1-2、2-4型換熱器的示意圖,并表明冷熱流體的流向.假設(shè)冷流體走管程,冷熱流體按順序流或逆流流動(dòng).(1) 管程、殼程：管內(nèi)通道部分統(tǒng)稱管程，管外面與殼體內(nèi)表面之間的通道部分統(tǒng)稱為殼程。在管內(nèi)流動(dòng)的流體從管子的一端流到另一端稱為一個(gè)管程；在管外流動(dòng)的流體從殼體的一端流到另一端稱為一個(gè)殼程。 （a）二殼程四管程； （b）三殼程六管程 20. 管殼式換熱器橫向折流板有何作用? 折流板或支承板（為橫向擋板）的作用：可以提高管外流體的流速，并可使流體充分流經(jīng)管

11、面，改善流體對管子的沖刷角度，從而提高殼側(cè)的換熱系數(shù)，同時(shí)還可以起支承管束的作用。21. 間斷型翅片管式換熱器強(qiáng)化傳熱原理.P11722. 翅片管式換熱器翅片的常用形式、特點(diǎn).(1).平翅片：主要通過增大換熱面積來達(dá)到強(qiáng)化傳熱的效果，平翅片結(jié)構(gòu)簡單，易于加工，應(yīng)用最早和最廣泛的翅片結(jié)構(gòu)。 (2)間斷型翅片在平翅片表面開孔、開槽，使其表面結(jié)構(gòu)改變的翅片稱為間斷型翅片。如條縫形翅片、槽形翅片、百葉窗形翅片、穿孔形翅片等。 (3)波紋翅片:(4)齒形螺旋翅片 先將帶材進(jìn)行間隙局部切割，繞制時(shí)被切割部分自然分開，形成齒輪形狀。加強(qiáng)了氣流的擾動(dòng)并破壞了邊界層的發(fā)展。(5)橢圓管翅片橢圓形管束的流動(dòng)阻力要

12、比相應(yīng)圓管管束的小，表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)增大。23. 蓄熱式換熱器有幾種類型,各自蓄熱體由什么構(gòu)成? 蓄熱式換熱器分為移動(dòng)床型和周期變換型兩大類。前者蓄熱體由流動(dòng)的固體顆粒構(gòu)成，后者多由耐火材料、金屬板、網(wǎng)等構(gòu)成。 24. 電廠中常用的冷卻塔是何形式?如何實(shí)現(xiàn)空氣的流動(dòng)?他的結(jié)構(gòu)主要包括哪幾部分以及各部分的作用 發(fā)電廠多采用逆流式自然通風(fēng)冷卻塔。利用塔內(nèi)外空氣的密度差所造成的通風(fēng)抽力來實(shí)現(xiàn)塔內(nèi)空氣的流動(dòng)。淋水裝置作用：使進(jìn)入冷卻塔的熱水盡可能地形成細(xì)小的水滴或薄的水膜以增加與空氣的接觸面積和接觸時(shí)間，以利于水和空氣的熱、質(zhì)交換，是冷卻塔的重要組成部分。組成淋水裝置的元件叫填料。 根據(jù)水在淋水裝置中的形

13、態(tài)，分為點(diǎn)滴式、薄膜式和點(diǎn)滴薄膜式淋水裝置三類。配水系統(tǒng) 作用：把熱水均勻地分布于整個(gè)淋水裝置的表面上，以充分發(fā)揮淋水裝置的作用，保證達(dá)到預(yù)期的冷卻效果。同時(shí)要求配水系統(tǒng)的動(dòng)力消耗盡量少，維護(hù)管理和水量調(diào)節(jié)方便和具有較小的通風(fēng)阻力。配水系統(tǒng)分為管式、槽式和池式三種。通風(fēng)筒 自然通風(fēng)冷卻塔一般10150m，有的達(dá)150m以上。機(jī)械通風(fēng)冷卻塔的風(fēng)筒一般在10m左右，包括風(fēng)機(jī)的進(jìn)風(fēng)口和上部的擴(kuò)散筒。收水器 空氣流過淋水裝置和配水系統(tǒng)后，攜帶許多細(xì)小的水滴，在空氣排出冷卻塔之前通常用收水器回收部分水滴，以減少冷卻水的損失?？諝夥峙溲b置 作用：保證空氣沿冷卻塔斷面上均勻分配?？諝夥峙溲b置的主要部分是進(jìn)風(fēng)

14、口，有時(shí)裝有導(dǎo)風(fēng)板。25. 空調(diào)系統(tǒng)中常用的冷卻塔是何形式?他的結(jié)構(gòu)主要包括哪幾部分以及各部分的作用?26. 蒸發(fā)器的作用是什么?按供液方式的不同，蒸發(fā)器可分為哪幾類？簡述各自的特點(diǎn)和應(yīng)用的場合。作用:蒸發(fā)器是一種吸熱設(shè)備,吸收被冷卻物體或空間所散發(fā)的熱量,達(dá)到制冷的目的.P13127. 滿液式蒸發(fā)器與非滿液式蒸發(fā)器有幾種型式？各有何缺點(diǎn)？各適應(yīng)于何種場合？P13128. 比較干式殼管式蒸發(fā)器和臥式殼管冷凝器的結(jié)構(gòu)和流動(dòng)方式。 干式殼管式蒸發(fā)器實(shí)際卜就是管內(nèi)蒸發(fā)的臥式殼管式蒸發(fā)器。它的結(jié)構(gòu)與臥式殼管式蒸發(fā)器很相似，但工作過程卻完全不一樣。在臥式殼管式蒸發(fā)器中，制冷劑的液體在管內(nèi)蒸發(fā)，而液體載冷

15、劑(水或鹽水)在管外被冷卻。為了增加管外載冷劑的流動(dòng)速度，在殼體內(nèi)橫跨管簇裝設(shè)折流板。折流板多做成圓缺形，而且缺口是上下相間裝配。干式殼管式蒸發(fā)器屬非滿液式蒸發(fā)器，制冷劑在管側(cè)蒸發(fā)，載冷劑在殼側(cè)被冷卻，殼側(cè)一般裝有折流板。29. 制冷系統(tǒng)中，循環(huán)的制冷劑含有潤滑油對管內(nèi)沸騰換熱有何影響？ 制冷劑含有潤滑油質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般為0.210對能與潤滑油互溶的R12和R22，對流表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)增大；對制冷劑和礦物油不互溶的氨(R717)，使換熱明顯惡化，對流表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)下降約30。30. 試解釋干式冷卻和析濕冷卻，析濕系數(shù)和接觸系數(shù)。 等濕(干式)冷卻：冷表面的溫度高于進(jìn)口空氣的露點(diǎn)溫度，空氣中含有的水蒸氣不

16、會凝結(jié)，空氣在含濕量不變的情況下得到冷卻?？绽淦骺諝鈧?cè)的換熱屬于無相變換熱。 析濕冷卻：如果冷表面的溫度低于進(jìn)口空氣的露點(diǎn)溫度，空氣中的水蒸氣就會凝結(jié)而從空氣中析出，在冷表面形成水膜，此時(shí)空氣的溫度和含濕量同時(shí)下降。夏天空氣流經(jīng)表面式空冷器的蒸發(fā)器時(shí)，一般都是析濕冷卻過程?？諝饬鹘?jīng)蒸發(fā)器時(shí)狀態(tài)的變化用h-d圖來表示 空氣冷卻器的總熱交換熱流量與顯熱交換熱流量之比稱為析濕系數(shù). 實(shí)際情況下的換熱熱流量F與理想情況下的換熱熱流量Fmax之比值被稱為接觸系數(shù)(或稱表面冷卻效率).31. 蒸發(fā)器表面結(jié)霜時(shí)對換熱有何影響，為什么？P14831冷卻液體型干式殼管式蒸發(fā)器中載冷劑側(cè)流動(dòng)阻力由哪幾項(xiàng)組成？各項(xiàng)

17、阻力如何計(jì)算？(1)管外載冷劑側(cè)流動(dòng)阻力管外流體阻力由流經(jīng)進(jìn)、出口管接頭的阻力、流經(jīng)折流板缺口的阻力、與管平行流動(dòng)的阻力和橫掠管束的阻力等四部分組成。(2)管內(nèi)制冷劑側(cè)流動(dòng)阻力制冷劑在管內(nèi)流動(dòng)時(shí)，阻力由沿程阻力和局部阻力兩部分組成 P15832冷凝器的作用是什么？按冷卻劑的種類，冷凝器可分為哪幾類？ 作用:P170冷凝器按冷卻介質(zhì)和冷卻方式，可以分為水冷式、空氣冷卻式(或稱風(fēng)冷式)和蒸發(fā)式三種類型33常用水冷式冷凝器有幾種型式？各有什么特點(diǎn)？主要用于何種場合？水冷式冷凝器 冷卻水可用天然水、自來水或經(jīng)冷卻水塔冷卻后的循環(huán)水。耗水量不大的小型裝置可使用自來水，大、中型裝置可使用循環(huán)水。目前制冷裝

18、置中大多采用水冷式冷凝器。1.臥式殼管式冷凝器 冷凝器的管程數(shù)一般為偶數(shù)，冷卻水的進(jìn)、出口就可以設(shè)在同一個(gè)端蓋上，而且冷卻水從下面流進(jìn)，上面流出。臥式殼管式氨冷凝器通常采用f25f38的無縫鋼管，氟利昂冷凝器可用無縫鋼管(一般f25以上)，也可用滾壓翅片銅管。優(yōu)點(diǎn)：；缺點(diǎn)：應(yīng)用：廣泛用于大、中、小型氨或氟利昂制冷裝置中。2.立式殼管式冷凝器應(yīng)用：只用于大、中型氨制冷裝置。導(dǎo)流管嘴作用：使冷卻水均勻地分配到每根鋼管。立式殼管式冷凝器管一般用f50的無縫鋼管。優(yōu)點(diǎn)：；缺點(diǎn)：3套管式冷凝器結(jié)構(gòu)：由兩種不同管徑的管子制成，將單根或多根小直徑管套在大直徑的管內(nèi)，然后繞成蛇形管式或螺旋形。圖5-3為具有三

19、根小管的套管式冷凝器。優(yōu)點(diǎn)：；缺點(diǎn)：。應(yīng)用：廣泛用于小于25 kW的小型空調(diào)器機(jī)組中；用于氟利昂機(jī)組時(shí)，內(nèi)管常用滾壓翅片銅管34風(fēng)冷式冷凝器的特點(diǎn)？應(yīng)用場合?蒸發(fā)式冷凝器的特點(diǎn)？應(yīng)用場合？空氣冷卻式冷凝器,又稱風(fēng)冷式冷凝器，只適用于冷凝壓力較低的制冷劑。優(yōu)點(diǎn)：不需要冷卻水，特別適用于缺水地區(qū)或供水困難的地方。多用于小型氟利昂制冷裝置中，多為蛇形管式，制冷劑蒸氣在管內(nèi)冷凝，空氣在管外流過。根據(jù)空氣流動(dòng)的方式，又分為： (1).自然對流空氣冷卻式冷凝器 依靠空氣受熱后產(chǎn)生的自然對流，將制冷劑冷凝放出的熱量帶走。 自然對流空氣冷卻式冷凝器，傳熱系數(shù)很小，為510 W/(m2K)，不需要風(fēng)機(jī)，能耗小，噪聲低。主要用于家用冰箱和微型制冷裝置。 (2)強(qiáng)迫對流空氣冷卻式冷凝器 制冷劑蒸氣由上部分配集管進(jìn)入蛇形管，冷凝后的液體沿管子向下