熱交換器原理與設計題庫考點整理史美中資料解讀

1、有腐蝕性，高溫流體或在低溫裝置中的低溫流體。（2013-20143熱交換器原理與設計題型：填空20%名詞解釋（包含換熱器型號表示法）20%簡答10%計算（4題）50%緒論熱交換器：將某種流體的熱量以一定的傳熱方式傳遞給他種流體的設備。（2013-2014學年第二學期考題名詞解釋）熱交換器的分類：按照熱流體與冷流體的流動方向分為：順流式、逆流式、錯流式、混流式按照傳熱量的方法來分：間壁式、混合式、蓄熱式。（2013-2014學年第二學期考題填空）熱交換器計算的基本原理（計算題）熱容量（W Mc）:表示流體的溫度每改變 1 C時所需的熱量溫度效率（P）：冷流體的實際吸熱量與最大可能的吸熱量的比率（

2、2013-2014學年第二學期考題名詞解釋）傳熱有效度（）:實際傳熱量Q與最大可能傳熱量Qax之比管殼式熱交換器管程：流體從管內空間流過的流徑。殼程：流體從管外空間流過的流徑。型換熱器：殼程數(shù)為1，管程數(shù)為2年第二學期考題名詞解釋） 記：前端管箱型式:A 平蓋管箱B封頭管箱殼體型式:E單程殼體F具有縱向隔板的雙程殼體H 雙分流后蓋結構型式:P填料函式浮頭S 鉤圈式浮頭U U形管束管子在管板上的固定：脹管法和焊接法管子在管板上的排列：等邊三角形排列（或稱正六邊形排列）法、同心圓排列法、正方形排列法，其中等邊三角形排列方式是最合理的排列方式。（2013-2014學年第二學期考題填空)管殼式熱交換器

3、的基本構造：管板分程隔板縱向隔板、折流板、支持板擋板和旁路擋板防沖板產生流動阻力的原因：流體具有黏性，流動時存在著摩擦，是產生流動阻力的根源；固定的管壁或其他形狀的固體壁面，促使流動的流體內部發(fā)生相對運動，為流動阻力的產生提供了條件。熱交換器中的流動阻力：摩擦阻力和局部阻力管殼式熱交換器的管程阻力：沿程阻力、回彎阻力、進出口連接管阻力管程、殼程內流體的選擇的基本原則：（P74）管程流過的流體：容積流量小，不清潔、易結垢，壓力高，學年第二學期考題簡答）殼程流過的流體：容積容量大（特別是常壓下氣體），剛性結構換熱器中換熱系數(shù)大的流體，高黏度流體，層流區(qū)流動的流體，飽和蒸汽管子直徑的選擇：總的趨向是

4、采用小直徑管 優(yōu)點：傳熱增強，單位體積傳熱面大，傳熱面一定時，可使管子長度縮短缺點：流動阻力增加，管數(shù)增加，管子與管板連接處的泄露的可能性增大，易積垢。選擇流速要盡量使流體呈湍流狀態(tài)3高效間壁式熱交換器緊湊性：指熱交換器的單位體積中所包含的傳熱面積大小，單位rm/mx板式熱交換器主要部件及作用:傳熱板片：使流體在低速下發(fā)生強烈湍流，以強化傳熱;提高板片剛度，能耐較高的壓力。密封墊片：防止流體的外漏和兩流體之間內漏。壓緊裝置：將墊片壓緊，產生足夠的密封力，使得熱交換器在工作時不發(fā)生泄漏，通過旋緊螺栓來產生壓緊力。板式熱交換器的型號表示法（P129）板翅式熱交換器的結構基本單元是：隔板、翅片、封條

5、。翅片作用：擴大傳熱面積，使換熱得以改善，承擔主要的傳熱任務，加強兩隔板之間的作用。翅片的型號表示法（P 141）（2013-2014學年第二學期考題名詞解釋）翅片選擇基本原則：（2013-2014學年第二學期考題簡答）平直翅片：流體之間溫差較大；流體中含有固體懸浮物；傳熱過程中有相變的冷凝、蒸發(fā)等情況。鋸齒形翅片：流體之間溫差較小；流體的粘度較大；傳熱過程中有相變的冷凝、蒸發(fā)等情況；在空分設備中，可逆式熱交換器。多孔翅片：在空分設備中，冷凝蒸發(fā)器。翅化比（P ）:翅片管外表面積與光管內表面積之比（P165）（2013-2014學年第二學期考題名詞解釋）熱管正常工作的2個條件： R A Pv+

6、 P1 + Pg （文字表述：毛細壓差應能克服蒸汽從加熱段流向冷卻段的阻力、冷凝液體從冷卻段回流到加熱段的阻力以及重力對液體流動的影響）熱管工況：蒸發(fā)段的飽和溫度僅稍高于冷凝段的飽和溫度，此溫降小于1C2C即近乎等溫流動時，被認為是工作正常熱管工作原理：工作時，蒸發(fā)段因受熱而使其毛細材料中的工作液體蒸發(fā)，蒸汽流向冷凝段，在這里由于受到冷卻使蒸汽凝結成液體，液體再沿多孔材料靠毛細力的作用流回蒸發(fā)段。如此循環(huán)不已，熱量由熱管一端傳至另一端。熱管工作特性：冷凝段，工作液在流動方向上因有蒸汽不斷冷凝而增加；蒸發(fā)段，工作液在流動方向上因不斷蒸發(fā)而減少；絕熱段，工作液保持不變熱管工作極限：黏性極限聲速極限

7、攜帶極限毛細極工作溫度低時，最易出現(xiàn)黏性極限及聲速極限，在高溫下則應防止出現(xiàn)毛細極限及沸騰極限。(2013-2014學年第二學期考題填空)6.3傳熱強化增強傳熱的基本途徑：擴展傳熱面積F加大傳熱溫差 t提高傳熱系數(shù)K計算題部分：1.已知 ti =300C, ti =210C, t2 =100C, 12 =200C。試計算F列流動布置時換熱器的對數(shù)平均溫差。逆流布置;一次交叉，兩種流體均不混合;1-2型管殼式，熱流體在殼側;2-4型管殼式，熱流體在殼側;順列布置。解：（ tmax=t1 -t 2 =210-100=110 C t min=t 1 -t 2 =300-200=100 C2110 -

8、 100 1 門”叮nF人廣宀h(2)300-100 = -由課本圖1.14查得屮=0.92 tm=104.9 X 0.92=96.5 C(3) 由課本圖1.8查得卩=0.85 tm=104.9 X 0.85=89.2 C(4) 由課本圖1.11查得tp =0.97 tm=104.9 X 0.97=101.8 C(5) A t max =t 1 -t 2 =300-100=200 C t min =t 1 -t 2 =210-200=10 C* .max 200 - 10匚q 川盯2.1-2型管殼式換熱器，用30C的水來冷卻120C的熱油13(C0=2100J/ (kgK),冷卻水流量為1.2

9、kg/s ,油流量為2kg/s , 設總傳熱系數(shù) K=275W/(mK),傳熱面積 A=20m,試確定水與油各自的出口溫度。解：取水的定壓質量比熱Cp=4200J/(kg K)，熱油的熱容量W=MC0=2X 2100=4200W/K,冷水的熱容量%=Mcp=1.2 X 4200=5040W/K因而W=Wn,W=WaxKF KA 275 X 20 ，才r = NTuJl + 吧=1.31 X Ji + 0持=1.72傳熱有效度(l + )+Jl+(l + e)/(l-e-)代入數(shù) 據，得 =0.539IM - flE = 又因為 - Z所以解得t 1 =71.5 C【或利用實際傳熱量Q= Win

10、(t 1 -t 2 j=W(t 1 -t 1)，代入數(shù)據，解得 t, =71.5 Cl熱平衡關系 W1(t 1 -t 1 )=V2(t 2 -t 2)，即4200 X (120-71.5)=5040 只(t 2 -30),解得 12 =70.3 C所以水的出口溫度為70.3 C,油的出口溫度為71.5 C3. 一臺逆流式水-水換熱器，ti =87.5 C ,流量為每小時9000kg,/ 2t2 =32C,流量為每小時13500kg,總傳熱系數(shù)K=1740W/(m K),傳熱面積A=3.75m，試確定熱水的出口溫度。解：取水的定壓質量比熱 Cp=4200J/( kg ?K)熱水熱容量V.,=|X

11、 4200 = 10冷水熱容量因而 V1=Win,W=Waxn 伽110500斤葉 KF KA 1740 x375川=臨=叫=伽00笛2尸 _ 1-exp -NTU1- R J _ 1-exp-0.62 x (1 - 0.67)_ 門心 - 1 - Rexp - NTU(1 - R) 1 - 0.67 X exp - 0.62 X (1 - 0.67) - 5 I什冷 t-r 87.5 E= _ = Q- = 0*41=t. = 647C十1 一上2刀尙一 3/【或利用實際傳熱量 Q= Vmin(t 1 -t 2 )=W(t 1 -t 1 )，代入數(shù)據，解得ti =64.7 C】所以熱水的出口

12、溫度為 64.7 Co4. 溫度為99 C的熱水進入一個逆流型的熱交換器，將4 C的冷水加熱到32 C，熱水流量為 9360kg/h，冷水流量為4680kg/h，傳熱系數(shù)為830W/ (m?C),試計算該熱交換器的傳熱面積和傳熱有效度。水的比熱為 Cp=4186J/( kg?C)。9360解法一：產應=10屈的/比“2 =叫 f = 11 X 4186 = 54418/比V=Wax, W=Win,R=VVin/WnaX=4680/9360=0.5 ,打IL _ -七2 _ 32 - 4 _ a muE - 7廠 一 99-4 一 295l-exp -wyfi-ffj = 1DL NrrnC=N

13、TIJ = 038又 1 - gp - NTUa -NTU=KF/W= F=NTUWZK=0.38 5 謐_830一解法二：由熱平衡方程W(t 1 -t 1”)=W/(t 2 -t 2 j，代入數(shù)據，解得 t, =85 C逆流型換熱器的對數(shù)平均溫差為tl - 0)- (tl 一 ) _ max - At誠H _ 81 - 67 _ oor1【或者用算術平均溫差tm( t max+A t min)傳熱量 Q=M 12=5441.8 X (32-4)=152370.4W 嚴 FK位尿=尸=直磊=幕% = 2.49m5. 在一臺1-2型殼式換熱器中，管內冷卻水從16C升高到35C,管外空氣從119C

14、下降到45C，空氣流量為19.6kg/min，換熱 器總傳熱系數(shù)K=84W/(m?K)，試計算所需的傳熱面積。解：先按逆流算出對數(shù)平均溫差為ftIM 84 ；29 _ 51 72。P 乜 電- 5 - 16 _ gIn 29匸血疋-；商V 3丄3嚴一-一廠1 119 - 16 5丄嘰 匚1 -匚2N耳-十1_119-45_5n = f*- = 3 516 = j.yy ?G 7故查圖1.8，屮=0.952 ,故對數(shù)平 均溫差q = kpAt血f = 51.72 X 0.92 = 4758C，119 + 45空氣平均溫差=一，查表得空氣的比熱Cp =1009J/(kg?K)執(zhí)八、Q =曲=器 1009 X 419-45)= 2439124391F- Q 丄.12 故需傳熱面積讀書的好處1、行萬里路，讀萬卷書。2、書山有路勤為徑，學海無涯苦作舟3、讀書破萬卷，下筆如有神。4、我所學到的任何有價值的知識都是由自學中得來的。達爾文5、少壯不努力，老大徒悲傷6、黑發(fā)不知勤學早，白首方悔讀書遲。顏真卿7、寶劍鋒從磨礪出，梅花香自苦寒來8、讀書要三到：心到、眼到、口到9、玉不琢、不成器，人不學、不知義。10、一日無