換熱器原理與設(shè)計(jì)復(fù)習(xí)重點(diǎn)

1、緒論：1.填空：1按傳遞熱量的方式，換熱器可以分為間壁式, 混合式, 蓄熱式5.換熱器設(shè)計(jì)計(jì)算內(nèi)容主要包括熱計(jì)算、 結(jié)構(gòu)計(jì)算 流動(dòng)阻力計(jì)算和強(qiáng)度計(jì)算6.按溫度狀況來分，穩(wěn)定工況的 和 非穩(wěn)定工況的換熱器3.舉例說明5種換熱器，并說明兩種流體的傳熱方式？說明兩種流體的傳熱機(jī)理？1）蒸發(fā)器：間壁式，蒸發(fā)相變導(dǎo)熱對(duì)流2）冷凝器：間壁式，冷凝相變導(dǎo)熱對(duì)流3）鍋爐：間壁式，輻射導(dǎo)熱對(duì)流4）涼水塔：混合式，接觸傳熱傳質(zhì)5）空氣預(yù)熱器：蓄熱式，對(duì)流蓄熱，蓄熱對(duì)流第一章1.填空：1傳熱的三種基本方式是_導(dǎo)熱_、_對(duì)流_、和 輻射_。2.兩種流體熱交換的基本方式是_直接接觸式_、_間壁式_、和_蓄熱式_。5通常

2、對(duì)于氣體來說，溫度升高，其黏度增大，對(duì)于液體來說，溫度升高，其黏度減小6熱計(jì)算的兩種基本方程式是_傳熱方程式_和熱平衡式_。7對(duì)于傳熱溫差，采用順流和逆流傳熱方式中，順流 傳熱平均溫差小，逆流時(shí)傳熱平均溫差大。9.在采用先逆流后順流<1-2>型熱效方式熱交換器時(shí)，要特別注意溫度交叉問題，避免的方法是增加管外程數(shù)和兩臺(tái)單殼程換熱器串聯(lián)工作。10. 冷凝傳熱的原理，層流時(shí)，相對(duì)于橫管和豎管，橫管傳熱系數(shù)較高。11.對(duì)于單相流體間傳熱溫差，算術(shù)平均溫差值大于對(duì)數(shù)平均溫差13設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)，通常對(duì)傳熱面積進(jìn)行判定，校核計(jì)算時(shí)，通常對(duì)傳熱量進(jìn)行判定2.簡(jiǎn)答（或名詞解釋）：1. 什么是效能數(shù)？什么

3、是單元數(shù)？（要用公式表示）答：實(shí)際情況的傳熱量q總是小于可能的最大傳熱量qmax，我們將q/qmax定義為換熱器的效能，并用 e 表示，即換熱器效能公式中的 KA依賴于換熱器的設(shè)計(jì)， Wmin 則依賴于換熱器的運(yùn)行條件，因此， KA/Wmin在一定程度上表征了換熱器綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)性能，習(xí)慣上將這個(gè)比值（無量綱數(shù)）定義為傳熱單元數(shù)NTU4、流體換熱的基本方式有哪些？答：主要分為三種：直接接觸式傳熱，蓄熱式換熱和間壁式換熱。直接接觸式傳熱 直接接觸式傳熱的特點(diǎn)是冷、熱兩流體在換熱器中以直接混合的方式進(jìn)行熱量交換，也稱混合式換熱。 蓄熱式換熱 蓄熱式換熱器是由熱容量較大的蓄熱室構(gòu)成。室中充填耐火磚作為

4、填料，當(dāng)冷、熱流體交替的通過同一室時(shí)，就可以通過蓄熱室的填料將熱流體的熱量傳遞給冷流體，達(dá)到兩流體換熱的目的。間壁式換熱 間壁式換熱的特點(diǎn)是冷、熱流體被一固體隔開，分別在壁的兩側(cè)流動(dòng)，不相混合，通過固體壁進(jìn)行熱量傳遞。3.計(jì)算題1.有一蒸汽加熱空氣的熱交換器，它將流量為5kg/s的空氣從10加熱到60，空氣與蒸汽逆流，其比熱為1.02KJ/(kg),加熱蒸汽系壓力為P=0.3Mpa,溫度為150的過熱蒸汽，在熱交換器中被冷卻為該壓力下90的過冷水，試求其平均溫差。（附：飽和壓力為0.3MP,飽和蒸汽焓為2725.5KJ/kg，飽和水焓為561.4KJ/kg.150時(shí)，水的飽和溫度為133，過熱

5、蒸汽焓為2768 KJ/kg，90時(shí)，過冷水的焓為377 KJ/kg）解：由于蒸汽的冷卻存在著相變，因此在整個(gè)換熱過程中，蒸汽的比熱不同，在整個(gè)換熱過程中的平均溫差應(yīng)該分段計(jì)算再求其平均值。將整個(gè)換熱過程分為三段：過熱蒸汽冷卻為飽和蒸汽所放出的熱量Q1，相變過程的換熱量Q2，從飽和水冷卻到過冷水所放出的熱量Q3Q=M2C2(t-t)=5×1.02×50255KJ/s；根據(jù)熱平衡蒸汽耗量M1=Q/(i-i)=255/(2768-377) =0.1066kg/s因?yàn)樵跓峤粨Q器換熱過程中存在著兩個(gè)冷卻過程和一個(gè)冷凝過程，因而將之分為三段計(jì)算。Q1= M1(i-i)=0.1066&

6、#215;(2768-2725.5)=4.531 KJ/s Q2= M1(i-i”)=0.1066×(2725.5-561.4)=230.693 KJ/sQ3= M1(i”-i)=0.1066×(561.4-377)=19.657 KJ/s因?yàn)镼3M2C2(tb-t)，可得tb19.567/(5×1.02)+10=13.837因?yàn)镼2+ Q3M2C2(ta-t),可得ta250.47/(5×1.02)+10=59t1=(150-60)-(133-59)/ln(150-60)/(133-59)=81.7t2=(133-13.837)-(133-59) /l

7、n(133-13.837)/(133-59) =94.725 t3=(90-10)-(133-13.837)/ ln(90-10)/ (133-13.837) =98.212 總的平均溫差為：tm=Q/(Q1/t1+ Q2/t2+ Q3/t3) =255/(4.531/81.7+230.693/94.725+19.657/98.212) =94.8沿?fù)Q熱器流程溫度示意圖如下：3、一換熱器用100的水蒸汽將一定流量的油從20加熱到80?，F(xiàn)將油的流量增大一倍，其它條件不變，問油的出口溫度變?yōu)槎嗌?？注：解：根?jù)題意，相比較水蒸氣換熱為相變換熱的流體，油為熱容值小的流體因此根據(jù)效能數(shù)和單元數(shù)的關(guān)系可得

8、：現(xiàn)將油的流量增大一倍，其它條件不變，單元數(shù)減小為原來的0.5倍，因此可得解得。4.某換熱器用100的飽和水蒸汽加熱冷水。單臺(tái)使用時(shí)，冷水的進(jìn)口溫度為10，出口溫度為30。若保持水流量不變，將此種換熱器五臺(tái)串聯(lián)使用，水的出口溫度變?yōu)槎嗌?？總換熱量提高多少倍？ 解：根據(jù)題意，將換熱器增加為5臺(tái)串聯(lián)使用，將使得傳熱面積增大為原來的5倍，相比較水蒸氣換熱為相變換熱的流體，水為熱容值小的流體，因此因此根據(jù)效能數(shù)和單元數(shù)的關(guān)系可得：現(xiàn)將傳熱面積增大為原來的5倍，單元數(shù)增大為原來的5倍，由于效能數(shù)為水的出口溫度為根據(jù)熱平衡式，對(duì)于冷水，熱容值不變，溫差增大的倍數(shù)為換熱量增加的倍數(shù)： 第二章1.填空：1.根

9、據(jù)管殼式換熱器類型和標(biāo)準(zhǔn)按其結(jié)構(gòu)的不同一般可分為：固定管板式換熱器、U型管式換熱器、浮頭式換熱器、和填料函式換熱器等。2.對(duì)于固定管板式換熱器和U型管式換熱器，固定管板式換熱器適于管程走易于結(jié)垢的流體3相對(duì)于各種類型的管殼式換熱器固定管板式換熱器不適于管程和殼程流體溫差較大的場(chǎng)合。4. 相對(duì)于各種類型的管殼式換熱器，填料函式換熱器不適用于易揮發(fā)、易燃、易爆、有毒及貴重介質(zhì)，使用溫度受填料的物性限制。5管子在管板的固定，通常采用脹管法和焊接法6. 在管殼式換熱器中，管子的排列方式常有等邊三角形排列（正六角形排列）法、同心圓排列法和正方形排列法排列法。7.如果需要增強(qiáng)換熱常采用等邊三角形排列（正六

10、角形排列）法、，為了便于清洗污垢，多采用正方形排列。同心圓排列法使得管板的劃線、制造和裝配比較困難。8.為了增加單位體積的換熱面積，常采用小管徑的換熱管9.為了提高殼程流體的流速和湍流強(qiáng)度，強(qiáng)化流體的傳熱，在管外空間常裝設(shè)縱向隔板和折流板。10.折流板的安裝和固定通過拉桿和定距管14.在廷克流動(dòng)模型中ABCDE5股流體中，真正橫向流過管束的流路為B股流體, D股流體折流板與殼體內(nèi)壁存在間隙而形成的漏流, 設(shè)置旁路擋板可以改善C流路對(duì)傳熱的不利影響15.若兩流體溫差較大，宜使傳熱系數(shù)大的流體走殼程，使管壁和殼壁溫差減小。17.采用小管徑換熱器，單位體積傳熱面積增大、結(jié)構(gòu)緊湊、金屬耗量減少、傳熱系

11、數(shù)提高18.流體誘發(fā)振動(dòng)的原因是渦流脫落，湍流抖振和流體彈性旋轉(zhuǎn)19.減小管子的支撐跨距能增加管子固有頻率，在弓形折流板缺口處不排管，將減小管子的支撐跨距2.名詞解釋： (2).布管限定圓熱交換器的管束外緣受殼體內(nèi)徑的限制，因此在設(shè)計(jì)時(shí)要將管束外緣置于布管限定圓之內(nèi)，布管限定圓直徑Dl大小為浮頭式：固定板或U型管式3.簡(jiǎn)答：(1).試分析廷克流動(dòng)模型各個(gè)流路及其意義答：(1)流路A，由于管子與折流板上的管孔間存在間隙，而折流板前后又存在壓差所造成的泄漏，它隨著外管壁的結(jié)垢而減少。(2)流路B，這是真正橫向流過管束的流路，它是對(duì)傳熱和阻力影響最大的一項(xiàng)。(3)流路C，管束最外層管子與殼體間存在間

12、隙而產(chǎn)生的旁路，此旁路流量可達(dá)相當(dāng)大的數(shù)值。設(shè)置旁路擋板，可改善此流路對(duì)傳熱的不利影響。(4)流路D，由于折流板和殼體內(nèi)壁間存在一定間隙所形成的漏流，它不但對(duì)傳熱不利，而且會(huì)使溫度發(fā)生相當(dāng)大的畸變，特別在層流流動(dòng)時(shí)，此流路可達(dá)相當(dāng)大的數(shù)值。(5)流路E，對(duì)于多管程，因?yàn)榘仓梅殖谈舭?，而使殼程形成了不為管子所占?jù)的通道，若用來形成多管程的隔板設(shè)置在主橫向流的方向上，他將會(huì)造成一股（或多股）旁路。此時(shí)，若在旁通走廊中設(shè)置一定量的擋管，可以得到一定的改善。 (3).找出下列圖中，換熱器的名稱及各零部件名稱和及作用1) 固定管板式換熱器1.折流板-使殼程流體折返流動(dòng)，提高傳熱系數(shù)。支撐管束，防止彎曲2

13、.膨脹節(jié)-補(bǔ)償管殼式式換熱器的溫差應(yīng)力3.放氣嘴-釋放不凝結(jié)氣體2)浮頭式換熱器1.管程隔板-增大管程流體的流速2.縱向隔板-提高殼程流體的流速和湍流強(qiáng)度，強(qiáng)化流體的傳熱，在管外空間常裝設(shè)縱向隔板3.浮頭-補(bǔ)償管殼式式換熱器的溫差應(yīng)力3)U形管式換熱器1.U形管-使流體通過及換熱2.縱向隔板-提高殼程流體的流速和湍流強(qiáng)度，強(qiáng)化流體的傳熱，在管外空間常裝設(shè)縱向隔板3.管程隔板-增大管程流體的流速4) 請(qǐng)說出序號(hào)2、6、7、8、18各代表什么零件，起什么作用？2-管程接管法蘭，與換熱器管程外流路官路連接；6-拉桿，安裝與固定折流板；7-膨脹節(jié)，補(bǔ)償管子與殼體熱應(yīng)力不同；8-殼體，用來封裝殼程流體，

14、并承受殼程流體壓力,18-折流板-使殼程流體折返流動(dòng)，提高傳熱系數(shù)。支撐管束，防止彎曲第三章第一節(jié)：1.填空：1.熱交換器單位體積中所含的傳熱面積的大小大于等于700m2/m3，為緊湊式換熱器2. 通常采用二次表面來增加傳熱表面積，或把管狀的換熱器改為板狀表面，3. 螺旋板式熱交換器的構(gòu)造包括螺旋型傳熱板、隔板、頭蓋和連接管4.螺旋板式換熱器的螺旋板一側(cè)表面上有定距柱，它的作用主要是保持流道的間距、加強(qiáng)湍流、和增加螺旋板剛度。5. 在型螺旋板式熱交換器中：一側(cè)流體螺旋流動(dòng)，流體由周邊轉(zhuǎn)到中心，然后再轉(zhuǎn)到另一周邊流出。另一側(cè)流體只作（ 軸向流動(dòng) ），適用于有相變流體換熱第二節(jié)4）.板式換熱器的流程和通道配合為，其中甲流體為熱流體，乙流體為冷流體甲流體進(jìn)乙流體出甲流體出乙流體進(jìn) 第三節(jié)1.填空：1. 板翅式換熱器由隔板、翅片、封條基本單元和導(dǎo)流