熱質(zhì)交換原理與設(shè)備熱質(zhì)交換理論復(fù)習(xí)重點

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2. 對于沉浸式換熱器，傳熱系數(shù)低， 體積大，金屬耗量大。3. 相比較沉浸式換熱器和噴淋式換熱器，沉浸式換熱器傳熱系數(shù)較低，噴淋式換熱器冷卻水過少時，冷卻器下部不能被潤濕.4.在沉浸式換熱器、噴淋式換熱器和套管式換熱器中，套管式換熱器中適用于高溫高壓流體的傳熱。5.換熱器設(shè)計計算內(nèi)容主要包括熱計算、 結(jié)構(gòu)計算 流動阻力計算和強度計算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7.對于套管式換熱器和管殼式換熱器來說，套管式換熱器金屬耗量多，體積大，占地面積大，多用于傳熱面積不大的換熱器。2.簡答：1.說出以下任

2、意五個換熱器，并說明換熱器兩側(cè)的工質(zhì)及換熱方式答：如上圖，熱力發(fā)電廠各設(shè)備名稱如下：1鍋爐(蒸發(fā)器) *； 2過熱器*； 3省煤器* 4空氣預(yù)熱器*； 5引風(fēng)機； 6煙囪； 7送風(fēng)機； 8油箱 9油泵 1 0油加熱器*； 11氣輪機； 12冷凝器*； 13循環(huán)水冷卻培* 14循環(huán)水泵； 15凝結(jié)水泵；16低壓加熱器*； 17除氧(加熱)器*；18給水泵 19高壓加熱器·柱!凡有·者均為換熱器2比較沉浸式換熱器、噴淋式換熱器、套管式換熱器和管殼式換熱器的優(yōu)缺點答：沉浸式換熱器缺點：自然對流，傳熱系數(shù)低，體積大，金屬耗量大。優(yōu)點： 結(jié)構(gòu)簡單，制作、修理方便，容易清洗，可用于有腐

3、蝕性流體噴淋式換熱器：優(yōu) 點：結(jié)構(gòu)簡單，易于制造和檢修。換熱系數(shù)和傳熱系數(shù)比沉浸式換熱器要大，可以用來冷卻腐蝕性流體缺點：冷卻水過少時，冷卻器下部不能被潤濕，金屬耗量大，但比沉浸式要小套管式換熱器：優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單，適用于高溫高壓流體的傳熱。特別是小流量流體的傳熱，改變套管的根數(shù)，可以方便增減熱負(fù)荷。方便清除污垢，適用于易生污垢的流體。缺點：流動阻力大，金屬耗量多，體積大，占地面積大，多用于傳熱面積不大的換熱器。管殼式換熱器：優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單，造價較低，選材范圍廣，處理能力大，還可以適應(yīng)高溫高壓的流體?？煽啃猿潭雀呷秉c：與新型高效換熱器相比，其傳熱系數(shù)低，殼程由于橫向沖刷，振動和噪音大第一章1.填

4、空：1傳熱的三種基本方式是_導(dǎo)熱_、_對流_、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_。3采用短管換熱，由于有入口效應(yīng)，邊界層變薄，換熱得到強化。4采用螺旋管或者彎管。由于拐彎處截面上二次環(huán)流的產(chǎn)生，邊界層遭到破壞，因而換熱得到強化，需要引入大于1修正系數(shù)。5通常對于氣體來說，溫度升高，其黏度增大，對于液體來說，溫度升高，其黏度減小6熱計算的兩種基本方程式是_傳熱方程式_和熱平衡式_。7對于傳熱溫差，采用順流和逆流傳熱方式中，順流 傳熱平均溫差小，逆流時傳熱平均溫差大。8.當(dāng)流體比熱變化較大時，平均溫差常常要進行分段計算。9.在采用先逆流后順流<

5、1-2>型熱效方式熱交換器時，要特別注意溫度交叉問題，避免的方法是增加管外程數(shù)和兩臺單殼程換熱器串聯(lián)工作。10. 冷凝傳熱的原理，層流時，相對于橫管和豎管，橫管傳熱系數(shù)較高。2.簡答（或名詞解釋）：1. 什么是效能數(shù)？什么是單元數(shù)？（要用公式表示）答：實際情況的傳熱量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， Wmin 則依賴于換熱器的運行條件，因此， KA/Wmin在一定程度上表征了換熱器綜合技術(shù)經(jīng)濟性能，習(xí)慣上將這個比值（無量綱數(shù)）定義為傳熱單元數(shù)NTU2. 熱交換器計算方法的優(yōu)缺點比較？對

6、于設(shè)計性熱計算，采用平均溫差法可以通過的大小判定所擬定的流動方式與逆流之間的差距，有利于流動方式的選擇。而在校核性傳熱計算時，兩種方法都要試算。在某些情況下，K是已知數(shù)值或可套用經(jīng)驗數(shù)據(jù)時，采用傳熱單元書法更加方便假設(shè)的出口溫度對傳熱量Q的影響不是直接的，而是通過定性溫度，影響總傳熱系數(shù)，從而影響NTU，并最終影響 Q值。而平均溫差法的假設(shè)溫度直接用于計算Q值，顯然e-NTU法對假設(shè)溫度沒有平均溫差法敏感，這是該方法的優(yōu)勢。3.計算題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

7、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，水的飽和溫度為133，過熱蒸汽焓為2768 KJ/kg，90時，過冷水的焓為377 KJ/kg）解：由于蒸汽的冷卻存在著相變，因此在整個換熱過程中，蒸汽的比熱不同，在整個換熱過程中的平均溫差應(yīng)該分段計算再求其平均值。將整個換熱過程分為三段：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；

8、根據(jù)熱平衡蒸汽耗量M1=Q/(i-i)=255/(2768-377) =0.1066kg/s因為在熱交換器換熱過程中存在著兩個冷卻過程和一個冷凝過程，因而將之分為三段計算。Q1= M1(i-i)=0.1066×(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因為Q3M2C2(tb-t)，可得tb19.567/(5×1.02)+10=13.837因為Q2+ Q3M2C2(ta-

9、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) /ln(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：2.在一傳熱

10、面積為15.8m2,逆流套管式換熱器中，用油加熱冷水，油的流量為2.85kg/s，進口溫度為110,水的流量為0.667kg/s，進口溫度為35,油和水的平均比熱分別為1.9KJ/kg和4.18KJ/kg ,換熱器的總傳熱系數(shù)為320W/m2,求水的出口溫度？解：W1=2.85X1900=5415W/ W2=0.667X4180=2788W/ 因此冷水為最小熱容值流體單元數(shù)為效能數(shù)為所以：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)槎嗌伲孔ⅲ航猓焊鶕?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

11、元數(shù)的關(guān)系可得：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。單臺使用時，冷水的進口溫度為10，出口溫度為30。若保持水流量不變，將此種換熱器五臺串聯(lián)使用，水的出口溫度變?yōu)槎嗌伲靠倱Q熱量提高多少倍？ 解：根據(jù)題意，將換熱器增加為5臺串聯(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)： 5.一用

12、13水冷卻從分餾器得到的80的飽和苯蒸氣。水流量為5kg/s，苯汽化潛熱為395 kJ/kg，比熱為1.758 kJ/kg，傳熱系數(shù)為1140 W/m2。試求使1 kg/s苯蒸氣凝結(jié)并過冷卻到47所需的傳熱面積(1)順流；(2)逆流。解：根據(jù)題意(1) 順流時由于有相變傳熱，因此比熱不同，需要分段計算平均傳熱溫差。1)在苯相變冷凝段：根據(jù)熱平衡式，苯的放熱量：在相變段，水吸收熱為Qln可得：平均溫差為2)在苯冷卻段在苯冷卻段，水吸收熱為Qlq可得：平均溫差為總的平均溫差為根據(jù)傳熱方程式：可得沿?fù)Q熱器流程溫度示意圖如下：(2) 逆流時由于有相變傳熱，因此比熱不同，需要分段計算平均傳熱溫差。1)在

13、苯冷卻段在苯冷卻段，水吸收熱為Qlq可得：平均溫差為2)在苯相變冷凝段：根據(jù)熱平衡式，苯的放熱量：在相變段，水吸收熱為Qln可得：平均溫差為總的平均溫差為根據(jù)傳熱方程式：可得沿?fù)Q熱器流程溫度示意圖如下：第二章1.填空：1.根據(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合。4. 相對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)，

14、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.如果需要增強換熱常采用等邊三角形排列（正六角形排列）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度，強化流體的傳熱，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11.殼程換熱公式Jo=jHjcjljbjsjr，其中jb表示管束旁通影響的校正因子，jl表示折

15、流板泄漏影響的校正因子。jc表示折流板缺口的校正因子12. 管殼式換熱器理想殼程管束阻力包括理想錯流段阻力Pbk和理想缺口段阻力Pwk。13.管殼式換熱器的實際阻力要考慮考慮折流板泄漏造成的影響Rl，旁路所造成的影響Rb,和進出口段折流板間距不同對阻力影響Rs14.在廷克流動模型中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。16.在流程的選擇上，不潔凈和易結(jié)垢的流體宜走管程，因管內(nèi)清洗方便。被冷卻的流體宜走殼程，便于散

16、熱，腐蝕性流體宜走管程，流量小或粘度大的流體宜走殼程，因折流檔板的作用可使在低雷諾數(shù)(Re100)下即可達到湍流。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、傳熱系數(shù)提高18.流體誘發(fā)振動的原因是渦流脫落，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20蒸發(fā)器的三種溫降分別為物理化學(xué)溫降 ，靜壓溫降和流動阻力溫降“2.名詞解釋：(1).卡路里溫度對于油類或其他高粘度流體，對于加熱或冷卻過程中粘度發(fā)生很大變化，若采用流體進出口溫度的算術(shù)平均溫度作為定性溫度，往往會使換熱系數(shù)的數(shù)值有很大誤差，雖然可以分段

17、計算，但是工作量較大，工業(yè)上常采用卡路里溫度作為定性溫度。熱流體的平均溫度冷流體的平均溫度殼側(cè)流體被管側(cè)的水冷卻時 Fc=0.3殼側(cè)流體被管程的水蒸氣加熱時 Fc=0.55殼側(cè)和管側(cè)均為油時 Fc=0.45粘度在10-3Pas以下的低粘性液體 Fc=0.5(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)計時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.簡答：(1).試分析廷克流動模型各個流路及其意義答：(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

18、管束的流路，它是對傳熱和阻力影響最大的一項。(3)流路C，管束最外層管子與殼體間存在間隙而產(chǎn)生的旁路，此旁路流量可達相當(dāng)大的數(shù)值。設(shè)置旁路擋板，可改善此流路對傳熱的不利影響。(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，它不但對傳熱不利，而且會使溫度發(fā)生相當(dāng)大的畸變，特別在層流流動時，此流路可達相當(dāng)大的數(shù)值。(5)流路E，對于多管程，因為安置分程隔板，而使殼程形成了不為管子所占據(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，他將會造成一股（或多股）旁路。此時，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。(2).說明下列換熱器的型號1)BEM600-2.0/1.5

19、-250-5/19-4固定管板式換熱器：前端管箱為封頭管箱，殼體型式為單殼程，后端管箱為封頭管箱，公稱直徑600mm，管程壓力為2.0Mpa,殼程壓力為1.5Mpa，公稱換熱面積250m2,管長為5m，管外徑為19mm，4管程，級管束，較高級冷拔鋼管。2)固定管板式換熱器：前端管箱為封頭管箱，殼體型式為單殼程，后端管箱為封頭管箱，公稱直徑800mm，管程壓力為2.0Mpa,殼程壓力為1.0Mpa，公稱換熱面積254m2,管長為6m，管外徑為19mm，4管程，銅管。3) BIU500-4.0/1.6-75-6/19-2U型管式換熱器：前端管箱為封頭管箱，中間殼體為U型管式，后端為U型管束。公稱直

20、徑500mm，管程壓力為4.0Mpa,殼程壓力為1.6Mpa，公稱換熱面積75m2,管長為6m，管外徑為19mm，2管程級管束，較高級冷拔鋼管。4)平蓋管箱，公稱直徑500mm,管程和殼程的設(shè)計壓力均為1.6MPa，公稱換熱面積為54m2,碳素鋼較高級冷拔換熱管外徑25mm，管長6m，4管程，單殼程的浮頭式熱交換器。級管束，較高級冷拔鋼管。(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，提高傳熱系數(shù)。支撐管束，防止彎曲2.膨脹節(jié)-補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

21、.縱向隔板-提高殼程流體的流速和湍流強度，強化流體的傳熱，在管外空間常裝設(shè)縱向隔板3.浮頭-補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度，強化流體的傳熱，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) 請說出序號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)，補償管子與殼體熱應(yīng)力不同；8-殼體，用來封裝殼程流體，并承受殼程流體壓力,18-折流板-使殼程流體折返流動，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.

22、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，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（ ），適用于有相變流體換熱2.簡答1) 說明下列換熱器的型號換熱面積為80m2, 碳鋼不可拆螺旋板式換熱器，其兩螺旋通道的舉例分別為14mm和18mm，螺旋板的板的板寬為100

23、0mm，公稱壓力為1.6MPa,公稱直徑為1600mm.貫通型3.計算：(1). 設(shè)螺旋板的板厚為4mm，兩通道寬b1和b2為10mm和20mm，內(nèi)側(cè)有效圈數(shù)為3， d1為100mm，以d1為基準(zhǔn)半圓直徑繞出的螺旋板作為內(nèi)側(cè)板時，d2為基準(zhǔn)半圓直徑繞出的螺旋板作為外側(cè)板時試作圖繪制螺旋體，并計算中心隔板寬B, 基準(zhǔn)半圓直徑d2, ,內(nèi)側(cè)螺旋板總長度Li,外側(cè)螺旋辦總長度 Lo， 螺旋板最大外徑D等參數(shù)解：（1）B=d1-b1+=100-10+4=94mm因為B=d1-b1+= d2-b2+，可推導(dǎo)d2= d1-b1+ b2=110mm，c= b1+ b2+2=10+20+8=38t1=10+4

24、=14,t2=20+4=24因為n=n=3，以d1為基準(zhǔn)半圓直徑繞出的，所以Li=/2n（d1+2b1+4+d2）+2（n-n）c =/23（100+20+16+110）+2(9-3)38 =/21194=1876mmLo=/2n（d1+2b2+4+d2）+(d2+)+2nc =/23(100+40+16+110)+(110+4)+2938 =/21596=2507mmD= d2+2nc+2=110+2338+24=346mm分別以t1/2，t2/2，為內(nèi)側(cè)螺旋板和外側(cè)螺旋板的圓心,畫出螺旋板換熱器示意圖如下圖所示第二節(jié)1.填空：1.板式換熱器按構(gòu)造可以劃分為可拆卸、全焊式和串焊式2.可拆卸板式換熱器結(jié)構(gòu)由傳熱板片，密封墊片，壓緊裝置和定位裝置組成2.簡答：1）.說明下列換熱器的型號人字形波紋板式損熱器，