換熱器原理與設(shè)計(jì)復(fù)習(xí)重點(diǎn)

1、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(duì)于沉浸式換熱器,傳熱系數(shù)低一體積為金屬耗量大23 .相比擬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(shí),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(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)篁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(duì)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S面積大,多用于傳熱面積不大的換35I2；f8111T*Irriir1

2、71I16色】4熱器2.簡答:1.說出以下任意五個(gè)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(jī)；6.煙囪；7.送風(fēng)機(jī)；8.油箱9.油泵10.油加熱器*;11.氣輪機(jī)；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 .比擬沉浸式換熱器、噴淋式換熱器、套管式換熱器和管殼式換熱器的優(yōu)缺點(diǎn)沉浸式換熱器缺點(diǎn)：自然對(duì)流,傳熱系數(shù)低,體積大,金屬耗量大.優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單,制作、修理方便,容易清

3、洗,可用于有腐蝕性流體噴淋式換熱器：優(yōu)點(diǎn)：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(diǎn)：冷卻水過少時(shí),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(diǎn)：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.方便去除污垢,適用于易生污垢的流體；缺點(diǎn)：流動(dòng)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(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單,造價(jià)較低,選材范圍廣,處理水平大,還可以適應(yīng)高溫高壓的流體.可靠性程度高；缺點(diǎn)：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(dòng)和噪

4、音大第一章1.填空：1.傳熱的三種根本方式是導(dǎo)熱、對(duì)流、和輻射.1.1. 種流體熱交換的根本方式是直接接觸式一、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(qiáng)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(qiáng)化,需要引入大于1修正系數(shù).5 .通常對(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)算的兩種根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.8 .當(dāng)流體比熱變化較大時(shí)、平均溫差常常要進(jìn)行分段計(jì)算.9 .在采用先逆流

5、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,預(yù)防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.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q_Whth-th_Wctc-tcqmaxWminth-tcWminth-tc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？表示,即換熱器效能公式中的KA依賴于換熱器的設(shè)計(jì),Wnin那么依賴于換熱器的運(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

6、單元數(shù)NTU2,熱交換器計(jì)算方法的優(yōu)缺點(diǎn)比擬？1對(duì)于設(shè)計(jì)性熱計(jì)算,采用平均溫差法可以通過里的大小判定所擬定的流動(dòng)方式與逆流之間的差距,有利于流動(dòng)方式的選擇；2而在校核性傳熱計(jì)算時(shí),兩種方法都要試算.在某些情況下,K是數(shù)值或可套用經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)時(shí),采用傳熱單元書法更加方便；3假設(shè)的出口溫度對(duì)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(jì)算Q值,顯然？-NTU法對(duì)假設(shè)溫度沒有平均溫差法敏感,這是該方法的優(yōu)勢(shì).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10c加熱到60C,空氣與蒸汽逆流,其比熱為1.02KJ/kg

7、C,加熱蒸汽系壓力為P=0.3Mpa,溫度為150c的過熱蒸汽,在熱交換器中被冷卻為該壓力下90c的過冷水,試求其平均溫差.附：飽和壓力為0.3MP,飽和蒸汽始為2725.5KJ/kg,飽和水始為561.4KJ/kg,150C時(shí),水的飽和溫度為133C,過熱蒸汽始為2768KJ/kg,90時(shí),過冷水的始為377KJ/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=MC2(t2-t2)=5X1.0

8、2X50=255KJ/s;根據(jù)熱平衡蒸汽耗量M=Q/(i1-i；)=255/(2768-377)=0.1066kg/s由于在熱交換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.,Q=M1(i1-i)=0.1066X(2768-2725.5)=4.531KJ/s,q=M1(i-i)=0.1066X(2725.5-561.4)=230,693KJ/sQ3=M1(i-i1)=0.1066X(561.4-377)=19.657KJ/s由于Q=MG(tb-t2),可得tb=19.567/(5X1.02)+10=13.837C由于Q2+Q3=MQ(t式2),可得ta=250.47/(

9、5X1.02)+10=59Ct1=(150-60)-(133-59)/ln(150-60)/(133-59)=81.7t2=(133-13.837)-(133-59)/ln(133-13.837)/(133-59)=94.725Ct3=(90-10)-(133-13.837)/ln(90-10)/(133-13.837)=98.212C總的平均溫差為：tm=Q/(Q1/At1+Q2/At2+Q3/At3)=255/(4.531/81.7+230.693/94.725+19.657/98.212)C=94.8C沿?fù)Q熱器流程溫度示意圖如下:2.在一傳熱面積為15.8m2,逆流套管式換熱器中,用油加

10、熱冷水,油的流量為2.85kg/s,進(jìn)口溫度為110C,水的流量為0.667kg/s,進(jìn)口溫度為35C,油和水的平均比熱分別為1.9KJ/kg?C和4.18KJ/kg?C,換熱器的總傳熱系數(shù)為320W/m2?,求水的出口溫度？解：W=2.85X1900=5415W/CW2=0.667X4180=2788W/C因此冷水為最小熱容值流體RcWminWmax27885415=0.52532015.827881.8可得:e-NTU=0.25KFNTU=效能數(shù)為Wmin所以：3、一換熱器用100c的水蒸汽將一定流量的油從20c加熱到80Co現(xiàn)將油的流量增大NTU一倍,其它條件不變,問油的出口溫度變?yōu)槎?

11、?e解：根據(jù)題意,相比擬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；=1-e-NTU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,因此紀(jì)工七二0.5(th-tC)(100-20)(汽加熱冷水.單e-NTU=0.250.5=0.5篇4.某換熱器用100c的飽和水蒸臺(tái)使用時(shí),冷水的進(jìn)口溫度為10C,出口溫度為30Co假設(shè)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?？總換熱量提升多少倍？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,相比擬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

12、單元數(shù)的關(guān)系君=1-eNTU可得：e-NTU=0.78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e-NTU=0.7580.29效能數(shù)為a=U工=10.29th-tc100-10C“水的出口溫度為tc=73.9C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)：5.一用13c水冷卻從分儲(chǔ)器得到的80c的飽和苯蒸氣.水流量為5kg/s,苯汽化潛熱為395kJ/kg,比熱為1.758kJ/kg?C,傳熱系數(shù)為1140W/m2?C.試求使1kg/s苯蒸氣凝結(jié)并過冷卻到47c所需的彳熱面積1順流；2逆流.解：根據(jù)題意1順流時(shí)：由于有相變傳熱,因此比熱不同,需要分段計(jì)算

13、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：Qm=MJ=1395=395kJ/s在相變段,水吸收熱為QnQln=M2C2tm-12=54.1868t；-13C=395kJ/s可得t；=31.87:平均溫差為2在苯冷卻段Qlq=M1Gt：-1=1父1.758M80一47C=58.014kJ/s在苯冷卻段,水吸收熱為Qq可得：t2=34.64C平均溫差為總的平均溫差為根據(jù)傳熱方不5式：Q二KAVtm可得KVtm39558.0142m114010,49.6=8.01m2沿?fù)Q熱器流程溫度示意圖如下:(2)逆流時(shí)：由于有相變傳熱,因此比熱不同,需要分段計(jì)算平均傳熱溫差.1)在苯冷卻段s、在

14、苯冷卻段,.聯(lián)熱M1(t1Tl)=11.758(80C-47C)=58.014kJ/s可得：t；=15.77C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：Qm=Mj=1395=395kJ/s在相變段,水吸收熱為QQ1n=M2c2(t；-tm)=54.1868(t2-15.77C):395kJ/t可得：t；=34.63C平均溫差為總的平均溫差為C=53.29C由那a方程啟g39KA的.014可拜耳23957014第二章47.521.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(duì)于固定管板式換

15、熱器和U型管式換熱器,2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、制造和裝配比擬困難8 .為了增加單位體積的換熱面積,

16、常采用小篁徑的換熱管9 .為了提升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(cuò)流段阻力？Pbk和理想缺口段阻力？山.13 .管殼式換熱器的實(shí)際阻力要考慮考慮折流板泄漏造成的影響R,旁路所造成的影響R,和進(jìn)出口段折流板間距不同對(duì)阻力影響R14 .在廷克流動(dòng)模型中ABCDE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

17、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 .假設(shè)兩流體溫差較大,宜使傳熱系數(shù)大皿體走殼程,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)垢的流體宜走管程管內(nèi)清洗方便.被冷卻的流體宜走殼程,便于散熱,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)下即可到達(dá)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)提應(yīng)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20 .

18、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(dòng)阻力溫降？2.名詞解釋:(1) .卡路里溫度：對(duì)于油類或其他高粘度流體,對(duì)于加熱或冷卻過程中粘度發(fā)生很大變化,假設(shè)采用流體進(jìn)出口溫度的算術(shù)平均溫度作為定性溫度,往往會(huì)使換熱系數(shù)的數(shù)值有很大誤差,雖然可以分段計(jì)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.一.tm2蟲2匕.2)冷流體的平均溫度殼側(cè)流體被管側(cè)的水冷卻時(shí)Fc=0.3殼側(cè)流體被管程的水蒸氣加熱時(shí)Fc=0.55殼側(cè)和管側(cè)均為油時(shí)Fc=0.45粘度在10-3Pa?s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)

19、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D大小為浮頭式：Dl=Di-2bi電+h固定板或U型管式Dl=Di_2b3(3) 答：（1） .試分析廷克流動(dòng)模型各個(gè)流路及其意義答：1流品&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問隙而產(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

20、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,由于安置分程隔板,而使殼程形成了不為管子所占據(jù)的通道,假設(shè)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),假設(shè)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） .說明以下?lián)Q熱器的型號(hào)1BEM600-2.0/1.5-250-5/19-4I: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250m,管長為5m管外徑為19mm4管程,I級(jí)管束,較高級(jí)冷拔鋼管.BEM800-20-254-且Cu-41.

21、0192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254nm,管長為6m,管外徑為19mm4管程,銅管.3） BIU500-4.0/1.6-75-6/19-2I:U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.公稱直徑500mm管程壓力為4.0Mpa,殼程壓力為1.6Mpa,公稱換熱面積75吊,管長為6m管外徑為19mm2管程I級(jí)管束,較高級(jí)冷拔鋼管.6,4） AES500-1.6-54-瓦-4I:平蓋管箱,公稱直徑500mm管程和殼程的設(shè)計(jì)壓力均為1.6MP

22、a,公稱換熱面積為54m,碳素鋼較高級(jí)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.I級(jí)管束,較高級(jí)冷拔鋼管.（3） .找出以下圖中,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),提升傳熱系數(shù).支撐管束,預(yù)防彎曲2 .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-提升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3U形管式換熱器1 .U形管-使流體通過及換熱2 .縱向隔板-提升殼程流體的流速和湍流

23、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管路連接；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,并承受殼程流體壓力,18-折流板-使殼程流體折返流動(dòng),提升傳熱系數(shù).支撐管束,預(yù)防彎曲第三章第一節(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700n2/m3,為緊湊式換熱器2 .通常采用二次外表來增加傳熱外表積,或把管狀的換熱器改為板狀外表,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

24、和連接管4 .螺旋板式換熱器的螺旋板一側(cè)外表上有定距柱,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m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)到中央,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2.簡答1說明以下?lián)Q熱器的型號(hào)1.014BLC1.6-80-G：換熱面積為80m,碳鋼不可拆螺旋板式換熱命,其兩螺160018旋通道的舉例分別為14mnf口18mm螺旋板的板的板寬為1000mm公稱壓力為1.6MPa,公稱直徑為1600mm貫穿型(1).設(shè)螺旋板的板厚為4mm兩通道寬b1和b2為10m咻口20mm內(nèi)側(cè)有效圈數(shù)為3,d1為100m

25、m以d為基準(zhǔn)半圓直徑繞出的螺旋板作為內(nèi)側(cè)板時(shí),d2為基準(zhǔn)半圓直徑繞出的螺旋板作為外側(cè)板時(shí)試作圖繪制螺旋體,并計(jì)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=d-bi+S=100-10+4=94mm由于B=d-b1+S=d2-b2+8,可推導(dǎo)d2=d1-b1+b2=110mmc=b+b2+2S=10+20+8=38t1=10+4=14,t2=20+4=24由于=n=3,以d1為基準(zhǔn)半圓直徑繞出的,所以Li=n/2n(d1+2b1+4S+d2)+2(n2-n)c=n/23x(100+20+16+110+2x(9-3)父38二二/21194=1876mmLo=n/2n(d1+2b2+4S+d2)+(d2+S)+2n2c=二/23(100+40+16+110)+(110+4)+2938二二/21596=2507mmD=d2+2nc+2s=110+2338+24=346mm分別以ti/2,tJ2,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以下圖所示第二節(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