换热器原理与设计复习重点

1、1.填空:1 .按传递热量的方式,换热器可以分为间壁式,混合式,蓄热式2 .对于沉浸式换热器,传热系数低一体积为金属耗量大23 .相比拟沉浸式换热器和喷淋式换热器,沉浸式换热器传热系数较低、喷淋式换热器冷却水过少时,冷却器下部不能被润湿.4 .在沉浸式换热器、喷淋式换热器和套管式换热器中,套管式换热器中适用于高温高压流体的传热.5 .换热器设计计算内容主要包括热计算、结构计算流动阻力计算和强度计篁6 .按温度状况来分,稳定工况的和非稳定工况的换热器7 .对于套管式换热器和管壳式换热器来说,套管式换热器金属耗量多,体积大,占地S面积大,多用于传热面积不大的换35I2；f8111T*Irriir1

2、71I16色】4热器2.简答:1.说出以下任意五个换热器,并说明换热器两侧的工质及换热方式答：如上图,热力发电厂各设备名称如下：1 .锅炉蒸发器*;2.过热器*;3.省煤器*4.空气预热器*;5.引风机；6.烟囱；7.送风机；8.油箱9.油泵10.油加热器*;11.气轮机；12.冷凝器*;13.循环水冷却培*14.循环水泵；15.凝结水泵；16.低压加热器*;17.除氧加热器*;18.给水泵19.高压加热器柱！凡有者均为换热器2 .比拟沉浸式换热器、喷淋式换热器、套管式换热器和管壳式换热器的优缺点沉浸式换热器缺点：自然对流,传热系数低,体积大,金属耗量大.优点：结构简单,制作、修理方便,容易清

3、洗,可用于有腐蚀性流体喷淋式换热器：优点：结构简单,易于制造和检修.换热系数和传热系数比沉浸式换热器要大,可以用来冷却腐蚀性流体；缺点：冷却水过少时,冷却器下部不能被润湿,金属耗量大,但比沉浸式要小套管式换热器：优点：结构简单,适用于高温高压流体的传热.特别是小流量流体的传热,改变套管的根数,可以方便增减热负荷.方便去除污垢,适用于易生污垢的流体；缺点：流动阻力大,金属耗量多,体积大,占地面积大,多用于传热面积不大的换热器.管壳式换热器：优点：结构简单,造价较低,选材范围广,处理水平大,还可以适应高温高压的流体.可靠性程度高；缺点：与新型高效换热器相比,其传热系数低,壳程由于横向冲刷,振动和噪

4、音大第一章1.填空：1.传热的三种根本方式是导热、对流、和辐射.1.1. 种流体热交换的根本方式是直接接触式一、间壁式、和蓄热式.3 .采用短管换热,由于有入口效应,边界层变薄,换热得到强化4 .采用螺旋管或者弯管.由于拐弯处截面上二次环流的产生,边界层遭到破坏,因而换热得到强化,需要引入大于1修正系数.5 .通常对于气体来说,温度升高,其黏度增大,对于液体来说、温度升高,其黏度减小6 .热计算的两种根本方程式是传热方程式和热平衡式.7 .对于传热温差,采用顺流和逆流传热方式中,顺流传热平均温差小,逆流时传热平均温差大.8 .当流体比热变化较大时、平均温差常常要进行分段计算.9 .在采用先逆流

5、后顺流1-2型热效方式热交换器时,要特别注意温度交叉问题,预防的方法是增加管外程数和两台单壳程换热器串联工作.10 .冷凝传热的原理,层流时,相对于横管和竖管,横管传热系数较高.2,简答或名词解释：1.什么是效能数？什么是单元数？要用公式表示q_Whth-th_Wctc-tcqmaxWminth-tcWminth-tc答：实际情况的传热量q总是小于可能的最大传热量qmax我们将q/qmax定义为换热器的效能,并用？表示,即换热器效能公式中的KA依赖于换热器的设计,Wnin那么依赖于换热器的运行条件,因此,KA/Wmin在一定程度上表征了换热器综合技术经济性能,习惯上将这个比值无量纲数定义为传热

6、单元数NTU2,热交换器计算方法的优缺点比拟？1对于设计性热计算,采用平均温差法可以通过里的大小判定所拟定的流动方式与逆流之间的差距,有利于流动方式的选择；2而在校核性传热计算时,两种方法都要试算.在某些情况下,K是数值或可套用经验数据时,采用传热单元书法更加方便；3假设的出口温度对传热量Q的影响不是直接的,而是通过定性温度,影响总传热系数,从而影响NTU并最终影响Q值.而平均温差法的假设温度直接用于计算Q值,显然？-NTU法对假设温度没有平均温差法敏感,这是该方法的优势.1,有一蒸汽加热空气的热交换器,它将流量为5kg/s的空气从10c加热到60C,空气与蒸汽逆流,其比热为1.02KJ/kg

7、C,加热蒸汽系压力为P=0.3Mpa,温度为150c的过热蒸汽,在热交换器中被冷却为该压力下90c的过冷水,试求其平均温差.附：饱和压力为0.3MP,饱和蒸汽始为2725.5KJ/kg,饱和水始为561.4KJ/kg,150C时,水的饱和温度为133C,过热蒸汽始为2768KJ/kg,90时,过冷水的始为377KJ/kg解：由于蒸汽的冷却存在着相变,因此在整个换热过程中,蒸汽的比热不同,在整个换热过程中的平均温差应该分段计算再求其平均值.将整个换热过程分为三段：过热蒸汽冷却为饱和蒸汽所放出的热量Q1,相变过程的换热量Q2,从饱和水冷却到过冷水所放出的热量Q3Q=MC2(t2-t2)=5X1.0

8、2X50=255KJ/s;根据热平衡蒸汽耗量M=Q/(i1-i；)=255/(2768-377)=0.1066kg/s由于在热交换器换热过程中存在着两个冷却过程和一个冷凝过程,因而将之分为三段计算.,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总的平均温差为：tm=Q/(Q1/At1+Q2/At2+Q3/At3)=255/(4.531/81.7+230.693/94.725+19.657/98.212)C=94.8C沿换热器流程温度示意图如下:2.在一传热面积为15.8m2,逆流套管式换热器中,用油加

10、热冷水,油的流量为2.85kg/s,进口温度为110C,水的流量为0.667kg/s,进口温度为35C,油和水的平均比热分别为1.9KJ/kg?C和4.18KJ/kg?C,换热器的总传热系数为320W/m2?,求水的出口温度？解：W=2.85X1900=5415W/CW2=0.667X4180=2788W/C因此冷水为最小热容值流体RcWminWmax27885415=0.52532015.827881.8可得:e-NTU=0.25KFNTU=效能数为Wmin所以：3、一换热器用100c的水蒸汽将一定流量的油从20c加热到80Co现将油的流量增大NTU一倍,其它条件不变,问油的出口温度变为多1

11、?e解：根据题意,相比拟水蒸气换热为相变换热的流体,油为热容值小的流体因此根据效能数和单元数的关系；=1-e-NTU现将油的流量增大一倍,其它条件不变,单元数减小为原来的0.5倍,因此纪工七二0.5(th-tC)(100-20)(汽加热冷水.单e-NTU=0.250.5=0.5篇4.某换热器用100c的饱和水蒸台使用时,冷水的进口温度为10C,出口温度为30Co假设保持水流量不变,将此种换热器五台串联使用,水的出口温度变为多少？总换热量提升多少倍？解：根据题意,将换热器增加为5台串联使用,将使得传热面积增大为原来的5倍,相比拟水蒸气换热为相变换热的流体,水为热容值小的流体,因此因此根据效能数和

12、单元数的关系君=1-eNTU可得：e-NTU=0.78现将传热面积增大为原来的5倍,单元数增大为原来的5倍,由于e-NTU=0.7580.29效能数为a=U工=10.29th-tc100-10C“水的出口温度为tc=73.9C根据热平衡式,对于冷水,热容值不变,温差增大的倍数为换热量增加的倍数：5.一用13c水冷却从分储器得到的80c的饱和苯蒸气.水流量为5kg/s,苯汽化潜热为395kJ/kg,比热为1.758kJ/kg?C,传热系数为1140W/m2?C.试求使1kg/s苯蒸气凝结并过冷却到47c所需的彳热面积1顺流；2逆流.解：根据题意1顺流时：由于有相变传热,因此比热不同,需要分段计算

13、平均传热温差.1在苯相变冷凝段：根据热平衡式,苯的放热量：Qm=MJ=1395=395kJ/s在相变段,水吸收热为QnQln=M2C2tm-12=54.1868t；-13C=395kJ/s可得t；=31.87:平均温差为2在苯冷却段Qlq=M1Gt：-1=1父1.758M80一47C=58.014kJ/s在苯冷却段,水吸收热为Qq可得：t2=34.64C平均温差为总的平均温差为根据传热方不5式：Q二KAVtm可得KVtm39558.0142m114010,49.6=8.01m2沿换热器流程温度示意图如下:(2)逆流时：由于有相变传热,因此比热不同,需要分段计算平均传热温差.1)在苯冷却段s、在

14、苯冷却段,.联热M1(t1Tl)=11.758(80C-47C)=58.014kJ/s可得：t；=15.77C平均温差为2)在苯相变冷凝段：根据热平衡式,苯的放热量：Qm=Mj=1395=395kJ/s在相变段,水吸收热为QQ1n=M2c2(t；-tm)=54.1868(t2-15.77C):395kJ/t可得：t；=34.63C平均温差为总的平均温差为C=53.29C由那a方程启g39KA的.014可拜耳23957014第二章47.521.填空：1 .根据管壳式换热器类型和标准按其结构的不同一般可分为：固定管板式换热器、u型管式换热器、浮头式换热器、和填料函式换热器等.2 .对于固定管板式换

15、热器和U型管式换热器,2定管板式换热器适于管程走易于结垢的流体3相对于各种类型的管壳式换热器固定管板式换热器不适于管程和壳程流体温差较大的场合.4 .相对于各种类型的管壳式换热器,填料函式换热器不适用于易挥发、易燃、易爆、有毒及贵重介质,使用温度受填料的物性限制.5 .管子在管板的固定,通常采用胀管法和焊接法6 .在管壳式换热器中,管子的排列方式常有等边三角形排列(正六角形排列)法、同心圆排列法和正方形排列法排列法.7 .如果需要增强换热常采用等边三角形排列(正六角形排列)法、,为了便于清洗污垢,多采用正方形排列.同心圆排列法使得管板的划线、制造和装配比拟困难8 .为了增加单位体积的换热面积,

16、常采用小篁径的换热管9 .为了提升壳程流体的流速和湍流强度,强化流体的传热,在管外空间常装设纵向隔板和折流板.10 .折流板的安装和固定通过拉杆和定距管11 .壳程换热公式Jo=jHjcjljbjsjr,其中jb表示管束旁通影响的校正因子,jl表示折流板泄漏影响的校正因子.jc表示折流板缺口的校正因子12 .管壳式换热器理想壳程管束阻力包括理想错流段阻力？Pbk和理想缺口段阻力？山.13 .管壳式换热器的实际阻力要考虑考虑折流板泄漏造成的影响R,旁路所造成的影响R,和进出口段折流板间距不同对阻力影响R14 .在廷克流动模型中ABCDE股流体中,真正横向流过管束的流路为B股流体,D股流体折流板与

17、壳体内壁存在间隙而形成的漏流,设置旁路挡板可以改善C流路对传热的不利影响15 .假设两流体温差较大,宜使传热系数大皿体走壳程,使管壁和壳壁温差减小.16 .在流程的选择上,不洁净和易结垢的流体宜走管程管内清洗方便.被冷却的流体宜走壳程,便于散热,腐蚀性流体宜走管程,流量小或粘度大的流体宜走壳程、因折流档板的作用可使在低雷诺数(Re100)下即可到达湍流.17 .采用小管径换热器,单位体积传热面积增大、结构紧凑、金属耗量减少、传热系数提应18 .流体诱发振动的原因是涡流脱落、湍流抖振和流体弹性旋转19 .减小管子的支撑跨距能增加管子固有频率、在弓形折流板缺口处不排管,将减小管子的支撑跨距20 .

18、蒸发器的三种温降分别为物理化学温降？,静压温降？和流动阻力温降？2.名词解释:(1) .卡路里温度：对于油类或其他高粘度流体,对于加热或冷却过程中粘度发生很大变化,假设采用流体进出口温度的算术平均温度作为定性温度,往往会使换热系数的数值有很大误差,虽然可以分段计算,但是工作量较大,工业上常采用卡路里温度作为定性温度.热流体的平均温度.一.tm2虫2匕.2)冷流体的平均温度壳侧流体被管侧的水冷却时Fc=0.3壳侧流体被管程的水蒸气加热时Fc=0.55壳侧和管侧均为油时Fc=0.45粘度在10-3Pa?s以下的低粘性液体Fc=0.5(2) .布管限定圆：热交换器的管束外缘受壳体内径的限制,因此在设

19、计时要将管束外缘置于布管限定圆之内,布管限定圆直径D大小为浮头式：Dl=Di-2bi电+h固定板或U型管式Dl=Di_2b3(3) 答：（1） .试分析廷克流动模型各个流路及其意义答：1流品&A,由于管子与折流板上的管孔间存在间隙,而折流板前后又存在压差所造成的泄漏,它随着外管壁的结垢而减少.2流路B,这是真正横向流过管束的流路,它是对传热和阻力影响最大的一项.3流路C,管束最外层管子与壳体间存在问隙而产生的旁路,此旁路流量可达相当大的数值.设置旁路挡板,可改善此流路对传热的不利影响.4流路D,由于折流板和壳体内壁间存在一定间隙所形成的漏流,它不但对传热不利,而且会使温度发生相当大的畸变,特别

20、在层流流动时,此流路可达相当大的数值.5流路E,对于多管程,由于安置分程隔板,而使壳程形成了不为管子所占据的通道,假设用来形成多管程的隔板设置在主横向流的方向上,他将会造成一股或多股旁路.此时,假设在旁通走廊中设置一定量的挡管,可以得到一定的改善.（2） .说明以下换热器的型号1BEM600-2.0/1.5-250-5/19-4I:固定管板式换热器：前端管箱为封头管箱,壳体型式为单壳程,后端管箱为封头管箱,公称直径600mm管程压力为2.0Mpa,壳程压力为1.5Mpa,公称换热面积250m,管长为5m管外径为19mm4管程,I级管束,较高级冷拔钢管.BEM800-20-254-且Cu-41.

21、0192固定管板式换热器：前端管箱为封头管箱,壳体型式为单壳程,后端管箱为封头管箱,公称直径800mm管程压力为2.0Mpa,壳程压力为1.0Mpa,公称换热面积254nm,管长为6m,管外径为19mm4管程,铜管.3） BIU500-4.0/1.6-75-6/19-2I:U型管式换热器：前端管箱为封头管箱,中间壳体为U型管式,后端为U型管束.公称直径500mm管程压力为4.0Mpa,壳程压力为1.6Mpa,公称换热面积75吊,管长为6m管外径为19mm2管程I级管束,较高级冷拔钢管.6,4） AES500-1.6-54-瓦-4I:平盖管箱,公称直径500mm管程和壳程的设计压力均为1.6MP

22、a,公称换热面积为54m,碳素钢较高级冷拔换热管外径25mm管长6m,4管程,单壳程的浮头式热交换器.I级管束,较高级冷拔钢管.（3） .找出以下图中,换热器的名称及各零部件名称和及作用1固定管板式换热器1 .折流板-使壳程流体折返流动,提升传热系数.支撑管束,预防弯曲2 .膨胀节-补偿管壳式式换热器的温差应力3 .放气嘴-释放不凝结气体2浮头式换热器1 .管程隔板-增大管程流体的流速2 .纵向隔板-提升壳程流体的流速和湍流强度,强化流体的传热,在管外空间常装设纵向隔板3 .浮头-补偿管壳式式换热器的温差应力3U形管式换热器1 .U形管-使流体通过及换热2 .纵向隔板-提升壳程流体的流速和湍流

23、强度,强化流体的传热,在管外空间常装设纵向隔板3 .管程隔板-增大管程流体的流速4请说出序号2、6、7、8、18各代表什么零件,起什么作用？2-管程接管法兰,与换热器管程外流路管路连接；6-拉杆,安装与固定折流板；7-膨胀节,补偿管子与壳体热应力不同；8-壳体,用来封装壳程流体,并承受壳程流体压力,18-折流板-使壳程流体折返流动,提升传热系数.支撑管束,预防弯曲第三章第一节：1.填空：1 .热交换器单位体积中所含的传热面积的大小大于等于700n2/m3,为紧凑式换热器2 .通常采用二次外表来增加传热外表积,或把管状的换热器改为板状外表,3 .螺旋板式热交换器的构造包括螺旋型传热板、隔板、头盖

24、和连接管4 .螺旋板式换热器的螺旋板一侧外表上有定距柱,它的作用主要是保持流道的间距、加_强湍流、和增加螺旋板刚度.5 .在m型螺旋板式热交换器中：一侧流体螺旋流动,流体由周边转到中央,然后再转到另一周边流出.另一侧流体只作轴向流动,适用于有相变流体换热2.简答1说明以下换热器的型号1.014BLC1.6-80-G：换热面积为80m,碳钢不可拆螺旋板式换热命,其两螺160018旋通道的举例分别为14mnf口18mm螺旋板的板的板宽为1000mm公称压力为1.6MPa,公称直径为1600mm贯穿型(1).设螺旋板的板厚为4mm两通道宽b1和b2为10m咻口20mm内侧有效圈数为3,d1为100m

25、m以d为基准半圆直径绕出的螺旋板作为内侧板时,d2为基准半圆直径绕出的螺旋板作为外侧板时试作图绘制螺旋体,并计算中心隔板宽B,基准半圆直径d2,内侧螺旋板总长度Li,外侧螺旋办总长度Lo,螺旋板最大外径D等参数解：(1)B=d-bi+S=100-10+4=94mm由于B=d-b1+S=d2-b2+8,可推导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为基准半圆直径绕出的,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分别以ti/2,tJ2,为内侧螺旋板和外侧螺旋板的圆心,画出螺旋板换热器示意图如以下图所示第二节1.填空:1 .板式换热器按构造可以划分为可拆卸、全焊式和串焊式2,可拆卸板式换热器结构由传热板片,密封垫片,压