1、1热交换器原理与设计题型：填空 20 名词解释（包含换热器型号表示法）20 简答 10 计算（4 题）500 绪论 热交换器：将某种流体的热量以一定的传热方式传递给他种流体的设备。(2013-2014 学年第二学期考题名词解释) 热交换器的分类：按照热流体与冷流体的流动方向分为：顺流式、逆流式、错流式、混流式 按照传热量的方法来分：间壁式、混合式、蓄热式。(2013-2014 学年第二学期考题填空)1 热交换器计算的基本原理（计算题） 热容量（WMc）：表示流体的温度每改变 1时所需的热量 温度效率（P）：冷流体的实际吸热量与最大可能的吸热量的比率(2013-2014 学年第二学期考题名词解释
2、) 传热有效度（）：实际传热量 Q 与最大可能传热量 Qmax之比2 管壳式热交换器 管程：流体从管内空间流过的流径。壳程：流体从管外空间流过的流径。 型换热器：壳程数为 1，管程数为 2 卧式和立式管壳式换热器型号表示法（P43）(2013-2014 学年第二学期考题名词解释)2记：前端管箱型式:A平盖管箱 B封头管箱壳体型式:E单程壳体 F具有纵向隔板的双程壳体 H双分流后盖结构型式:P填料函式浮头 S钩圈式浮头 UU形管束 管子在管板上的固定：胀管法和焊接法 管子在管板上的排列：等边三角形排列（或称正六边形排列）法、同心圆排列法、正方形排列法，其中等边三角形排列方式是最合理的排列方式。(
3、2013-2014 学年第二学期考题填空) 管壳式热交换器的基本构造：管板分程隔板纵向隔板、折流板、支持板挡板和旁路挡板防冲板 产生流动阻力的原因：流体具有黏性，流动时存在着摩擦，是产生流动阻力的根源；固定的管壁或其他形状的固体壁面，促使流动的流体内部发生相对运动，为流动阻力的产生提供了条件。 热交换器中的流动阻力：摩擦阻力和局部阻力 管壳式热交换器的管程阻力：沿程阻力、回弯阻力、进出口连接管阻力 管程、壳程内流体的选择的基本原则：（P74）管程流过的流体：容积流量小，不清洁、易结垢，压力高，有腐蚀性，高温流体或在低温装置中的低温流体。(2013-32014 学年第二学期考题简答)壳程流过的流
4、体：容积容量大（特别是常压下气体） ，刚性结构换热器中换热系数大的流体，高黏度流体，层流区流动的流体，饱和蒸汽 管子直径的选择：总的趋向是采用小直径管 优点：传热增强，单位体积传热面大，传热面一定时，可使管子长度缩短缺点：流动阻力增加，管数增加，管子与管板连接处的泄露的可能性增大，易积垢。 选择流速要尽量使流体呈湍流状态3 高效间壁式热交换器 紧凑性：指热交换器的单位体积中所包含的传热面积大小，单位 m2/m3 板式热交换器主要部件及作用：传热板片：使流体在低速下发生强烈湍流，以强化传热；提高板片刚度，能耐较高的压力。密封垫片：防止流体的外漏和两流体之间内漏。压紧装置：将垫片压紧，产生足够的密
5、封力，使得热交换器在工作时不发生泄漏，通过旋紧螺栓来产生压紧力。 板式热交换器的型号表示法（P129） 板翅式热交换器的结构基本单元是：隔板、翅片、封条。(2013-2014 学年第二学期考题填空) 翅片作用：扩大传热面积，使换热得以改善，承担主要的传4热任务，加强两隔板之间的作用。 翅片的型号表示法（P141）(2013-2014 学年第二学期考题名词解释) 翅片选择基本原则：(2013-2014 学年第二学期考题简答)平直翅片：流体之间温差较大；流体中含有固体悬浮物；传热过程中有相变的冷凝、蒸发等情况。锯齿形翅片：流体之间温差较小；流体的粘度较大；传热过程中有相变的冷凝、蒸发等情况；在空分
6、设备中，可逆式热交换器。多孔翅片：在空分设备中，冷凝蒸发器。 翅化比（）:翅片管外表面积与光管内表面积之比（P165）(2013-2014 学年第二学期考题名词解释) 热管正常工作的 2 个条件：P cP vP 1P g（文字表述：毛细压差应能克服蒸汽从加热段流向冷却段的阻力、冷凝液体从冷却段回流到加热段的阻力以及重力对液体流动的影响）热管工况：蒸发段的饱和温度仅稍高于冷凝段的饱和温度，此温降小于 12即近乎等温流动时，被认为是工作正常 热管工作原理：工作时，蒸发段因受热而使其毛细材料中的工作液体蒸发，蒸汽流向冷凝段，在这里由于受到冷却使蒸汽凝结成液体，液体再沿多孔材料靠毛细力的作用流回蒸发5
7、段。如此循环不已，热量由热管一端传至另一端。 热管工作特性：冷凝段，工作液在流动方向上因有蒸汽不断冷凝而增加；蒸发段，工作液在流动方向上因不断蒸发而减少；绝热段，工作液保持不变 热管工作极限：黏性极限声速极限携带极限毛细极限沸腾极限工作温度低时，最易出现黏性极限及声速极限，在高温下则应防止出现毛细极限及沸腾极限。(2013-2014 学年第二学期考题填空)6.3 传热强化 增强传热的基本途径：扩展传热面积 F加大传热温差t提高传热系数 K计算题部分：1.已知 t1 =300，t 1 =210，t 2 =100，t 2=200。试计算下列流动布置时换热器的对数平均温差。（1）逆流布置；（2）一次
8、交叉，两种流体均不混合；（3）1-2 型管壳式，热流体在壳侧；（4）2-4 型管壳式，热流体在壳侧；（5）顺列布置。解：（1）t max=t1 -t2 =210-100=110t min=t1 -t2 =300-200=1006= ln（ ）= 110100ln（ 110100） =104.9（2）= 2212=200100300100=0.5=1 1 22=300210200100=0.9由课本图 1.14 查得 =0.92t m=104.9 0.92=96.5（3）由课本图 1.8 查得 =0.85t m=104.90.85=89.2（4）由课本图 1.11 查得 =0.97t m=104
9、.90.97=101.8（5）t max =t1 -t2 =300-100=200t min =t1 -t2 =210-200=10= ln（ ）= 20010ln（ 20010） =63.42.1-2 型管壳式换热器，用 30的水来冷却 120的热油（c 0=2100J/（kg K） ） ，冷却水流量为 1.2kg/s，油流量为2kg/s，设总传热系数 K=275W/(m2 K),传热面积 A=20m2，试确定水与油各自的出口温度。7解：取水的定压质量比热 cp=4200J/(kg K)，热油的热容量 W 1=M1c0=2 2100=4200W/K,冷水的热容量 W 2=M2cp=1.2 4
10、200=5040W/K因而 W 1=Wmin，W 2=Wmax则 , =12=42005040=0.83,=1=275204200=1.31=1+2=1.311+0.832=1.7传热有效度 代入数据，= 2(1+)+1+2(1+)(1)得 =0.539又因为 ,所以解得 t1 =71.5【或利用实际传热量=1 112Q=W min(t1 -t2 )=W1(t1 -t1 )，代入数据，解得 t1 =71.5】热平衡关系 W 1(t1 -t1 )=W2(t2 -t2 ),即4200 (120-71.5)=5040 (t2 -30),解得 t2 =70.3 所以水的出口温度为 70.3，油的出口温
11、度为 71.53.一台逆流式水-水换热器，t 1 =87.5,流量为每小时9000kg，t 2 =32，流量为每小时 13500kg，总传热系数K=1740W/（m 2 K） ，传热面积 A=3.75m2，试确定热水的出口温度。8解：取水的定压质量比热 cp=4200J/( kgK)热水热容量 W1=900036004200=10500/冷水热容量 W2=1350036004200=15750/因而 W1=Wmin，W 2=Wmax=12=1050015750=0.67=1=17403.7510500=0.62=1exp(1)1exp(1)= 1exp0.62(10.67)10.67exp0.
12、62(10.67)=0.41=1 112=87.5 187.532=0.41 1=64.7【或利用实际传热量 Q=W min(t1 -t2 )=W1(t1 -t1 )，代入数据，解得 t1 =64.7】所以热水的出口温度为 64.7。4.温度为 99的热水进入一个逆流型的热交换器，将 4的冷水加热到 32，热水流量为 9360kg/h，冷水流量为4680kg/h，传热系数为 830W/（m 2） ，试计算该热交换器的传热面积和传热有效度。水的比热为 cp=4186J/（kg） 。9解法一：1=M1c=936036004186=10883.6/2=2=468036004186=5441.8/W1
13、=Wmax，W 2=Wmin，Rc=Wmin/Wmax=4680/9360=0.5，= 2212=324994=0.295又=1exp(1)1exp(1)=0.38NTU=KF/Wmin F=NTUWmin/K=0.380.5468036004186830 =2.492解法二：由热平衡方程 W1(t1 -t1 )=W2(t2 -t2 )，代入数据，解得 t1 =85逆流型换热器的对数平均温差为=( 12)(1 2)ln( 121 2)=ln（）=8167ln（ 8167）=73.8【或者用算术平均温差 t m= (t max+t min)】12传热量 Q=W2t 2=5441.8 (32-4)
14、=152370.4W又Q=FKF= =152370.483073.8=2.492105.在一台 1-2 型壳式换热器中，管内冷却水从 16升高到 35，管外空气从 119下降到 45，空气流量为 19.6kg/min，换热器总传热系数 K=84W/（m 2K） ，试计算所需的传热面积。解：先按逆流算出对数平均温差为,=8429ln（ 8429）=51.72 ， = 2212=351611916=0.184故查图 1.8，, =0.952，故对=1 1 22=119453516=3.89， 数平均温差=,=51.720.92=47.58 ，空气平均温差 ，查表得空气的比热119+452 =82cp=1009J/(kgK)空气的换热量=11=19.6601009（ 11945） =24391故需传热面积F= = 2439147.5884=6.12
