換熱器原理與設計解答題

1、1. 按傳熱過程分類,換熱器有幾類?各自的特點是什么? (1)直接接觸式換熱器，也叫混合式換熱器 (2)周期流動式換熱器，也稱蓄熱式換熱器，借助于由固體制成的蓄熱體交替地與熱流體和冷流體接觸。優(yōu)點： P2主要缺點：P2 (3)間壁式換熱器，也稱表面式換熱器，冷熱流體被一個固體壁面隔開，互不接觸，熱量通過固體壁面?zhèn)鬟f。應用最多 (4)液體耦合間接式換熱器：系統由兩臺間壁式換熱器組成，通過某種傳熱介質(如水或液態(tài)金屬)的循環(huán)耦合在一起。主要優(yōu)點： P42. 換熱器常用哪些材料制造?金屬材料換熱器：碳鋼、不銹鋼、鋁、銅、鎳及其合金等非金屬材料換熱器：石墨、工程塑料、玻璃、陶瓷換熱器等。稀有金屬換熱器

2、可解決高溫、強腐蝕等換熱問題，但材料價格昂貴使應用范圍受到限制。鈦應用較，鉭、鋯等應用較少。3. 對腐蝕性介質,可選用什么材料換熱器? 非金屬材料換熱器：石墨、工程塑料、玻璃、陶瓷換熱器等 4. 管殼式換熱器特點，常用類型？優(yōu)點：管殼式換熱器具有易于制造、成本較低、清洗方便、適應性強、處理量大、工作可靠以及選材范圍廣等特點,且能適用于高溫高壓的工況。缺點：存在殼程流動死區(qū)、殼程壓力損失較大、容易結垢以及容易發(fā)生管束誘導振動等5. 間壁式換熱器的特點,常用有哪些類型?P2 P3 6. 對兩種流體參與換熱的間壁式換熱器,其基本流動式有哪幾種?說明流動形式對換熱器熱力工作性能的影響. (1)順流式或

3、稱并流式，其內冷、熱兩種流體平行地向著同一方向流動. (2)逆流式，兩種流體也是平行流動，但它們的流動方向相反。 (3)叉流式或稱錯流式，兩種流體的流動方向互相垂直交叉. (4)混流式，兩種流體在流動過程中既有順流部分，又有逆流部分。當冷、熱流體交叉次數在四次以上時，可根據兩種流體流向的總趨勢，將其看成逆流或順流.順流和逆流可以看作是兩個極端情況。在進出口溫度相同的條件下，逆流的平均溫差最大，順流的平均溫差最小。7. 間壁式換熱器的總傳熱熱阻由幾項組成?從熱阻的角度考慮,理論上如何強化間壁式換熱器的傳熱?P11 ;平壁:增加A、采用導熱系數高的材料、減小平壁厚度;圓管:增加圓管壁長度、采用導熱

4、系數高的材料、1.理論提高K值的途徑(加大傳熱系數)(1)提高傳熱面兩側的換熱系數；(2)避免或減輕污垢積聚；(3)選用導熱性能良好的材料作傳熱壁面并盡量減薄其厚度。(2) 加大平均溫差:盡量采取近于逆流的傳熱方式; 提高熱流體溫度或降低冷流體溫度(3) 采用高效能傳熱面8. 用對數平均溫差法,效率-傳熱單元數法進行傳熱計算. 9. 溫度變化對流體物性參數的影響,如何修正.?10. 已知冷、熱流體進口溫度分別為t1、t2,出口溫度分別為t1,t2,畫出順流、逆流換熱時冷熱流體溫度的變化曲線,寫出順流、逆流的對數平均溫差計算公式,并比較對數平均溫差法和效能=傳熱單元數法. 11. 簡述翅片效率的

5、物理意義,并說明翅高、翅片導熱系數、翅片厚度和對流傳熱系數對翅片效率的影響. 翅片效率為實際傳熱熱流量與理想狀況下最大傳熱熱流量之比，即hf=F/Ft。 ?12. 試述翅片效率和表面效率的關系和區(qū)別. 有效傳熱面積與總傳熱面積之比稱為表面效率h0 ，h0=Aef/A; 表面效率h0取決于翅片和基壁的結構參數及翅片效率。翅片效率與流體對翅片表面的傳熱系數、翅片形狀、翅片材料的導熱系數有關。翅片效率為實際傳熱熱流量與理想狀況下最大傳熱熱流量之比，即hf=F/Ft。 13. 對兩流體換熱器,為什么要進行與溫度有關的物性影響修正?對氣體和液體,進行修正時考慮因素有何不同?P3514. 板翅式換熱器的作

6、用、結構形式、特點和應用,高度和厚度的確定.(1).板翅式換熱器的主要優(yōu)點是：傳熱能力強；結構緊湊；輕巧牢固；工作適應性廣。(2).板翅式換熱器的主要缺點是：結構復雜，造價高；流道小、易阻塞；要求介質對所采用的金屬無腐蝕性。(3).構造基本元件由隔板、翅片及封條等組成。相鄰兩隔板之間放置翅片和封條，組成一個夾層，構成通道。由一定數量的通道按一定方式排列在一起的組件，即是板束。將單個或多個板束根據流體的不同流動形式疊置起來釬焊成整體，便組成芯體。芯體配以必要的封頭、接管和支承就組成了板翅式換熱器15. 簡述如何計算板翅式換熱器的壓力損失,定性說明各部分壓力損失形成的原因.(P60)(1).進口壓

7、力損失流體由截面1-1流入截面a-a時的壓力損失由兩部分組成：由于面積收縮，流體的動能增加引起的壓力損失，壓力變化可逆，即當截面由小變大時，可使壓力增加。由于突縮段不可逆自由膨脹引起的壓力降低。通常密度作常數，流體動能增加量為：式(3-45)進口壓力損失：式(3-46)應用連續(xù)方程、質量流速和比體積，經化簡得：式(3-48) (2).出口壓力回升流體由截面b-b到截面2-2的出口壓力回升，分成兩部分：由于流動截面積變化引起的壓力升高，不考慮摩擦；由于突擴段不可逆自由膨脹和動量變化引起的壓力損失。式(3-49)、 (3-50)16. 板翅式換熱器導流片的作用 導流片的作用：匯集或分配流體，便于封

8、頭布置和均布流入通道的流體，其結構與多孔型翅片相同，僅尺寸稍大而已。17. 簡述板式換熱器的基本構造.板式換熱器板片形狀、特點和應用.(1)板式換熱器的基本構造： 板式換熱器的整體結構包括板片組合體和框架結構兩部分。固定壓緊板、活動壓緊板、導桿、螺柱、螺母及前支桿可統稱為板式換熱器的框架；眾多的板片、墊片可稱為板束。 板片一般由0.60.8mm的金屬板壓制成波紋狀，波紋板片上貼有密封墊圈。板片按設計的數量和順序安放在固定壓緊板和活動壓緊板之間，然后用壓緊螺柱和螺母壓緊，上、下導桿起著定位和導向作用。墊片作用：密封，流體在板間流動的導向作用。(2) 板片形狀：人字形板-人字形板的斷面形狀常為三角

9、形，人字形之間夾角通常為120。組裝時，每相鄰兩板片是相互倒置的，從而形成網狀觸點，并使通道中流體形成網狀流。流體從板片一端的一個角孔流入，可從另一端同一側的角孔流出(稱為單邊流)，或另一端另一側的角孔流出(稱為對角流)，如圖3-45(b)。 特點，應用水平平直波紋板-為一種斷面形狀為等腰三角形的水平平直波紋板。還有有褶的三角形波紋和階梯形波紋混合b人字板(熱混合板)- 有大人字角(H板片)和小人字角(L板片)兩種，將H板片和L板片相間組裝或分段組裝，稱M板片18. 板式換熱器的最高工作溫度、最高工作壓力受那些因素的影響?板式換熱器最高使用溫度取決于密封圈的耐熱性能，最大使用壓力取決于密封圈的

10、材質和斷面形狀; 板式換熱器使用的最大壓力取決于板面結構、材質、厚度、密封系統及壓緊裝置的強度。19. 如何定義管殼式換熱器的管程、殼程?是畫出1-2、2-4型換熱器的示意圖,并表明冷熱流體的流向.假設冷流體走管程,冷熱流體按順序流或逆流流動.(1) 管程、殼程：管內通道部分統稱管程，管外面與殼體內表面之間的通道部分統稱為殼程。在管內流動的流體從管子的一端流到另一端稱為一個管程；在管外流動的流體從殼體的一端流到另一端稱為一個殼程。 （a）二殼程四管程； （b）三殼程六管程 20. 管殼式換熱器橫向折流板有何作用? 折流板或支承板（為橫向擋板）的作用：可以提高管外流體的流速，并可使流體充分流經管

11、面，改善流體對管子的沖刷角度，從而提高殼側的換熱系數，同時還可以起支承管束的作用。21. 間斷型翅片管式換熱器強化傳熱原理.P11722. 翅片管式換熱器翅片的常用形式、特點.(1).平翅片：主要通過增大換熱面積來達到強化傳熱的效果，平翅片結構簡單，易于加工，應用最早和最廣泛的翅片結構。 (2)間斷型翅片在平翅片表面開孔、開槽，使其表面結構改變的翅片稱為間斷型翅片。如條縫形翅片、槽形翅片、百葉窗形翅片、穿孔形翅片等。 (3)波紋翅片:(4)齒形螺旋翅片 先將帶材進行間隙局部切割，繞制時被切割部分自然分開，形成齒輪形狀。加強了氣流的擾動并破壞了邊界層的發(fā)展。(5)橢圓管翅片橢圓形管束的流動阻力要

12、比相應圓管管束的小，表面?zhèn)鳠嵯禂翟龃蟆?3. 蓄熱式換熱器有幾種類型,各自蓄熱體由什么構成? 蓄熱式換熱器分為移動床型和周期變換型兩大類。前者蓄熱體由流動的固體顆粒構成，后者多由耐火材料、金屬板、網等構成。 24. 電廠中常用的冷卻塔是何形式?如何實現空氣的流動?他的結構主要包括哪幾部分以及各部分的作用 發(fā)電廠多采用逆流式自然通風冷卻塔。利用塔內外空氣的密度差所造成的通風抽力來實現塔內空氣的流動。淋水裝置作用：使進入冷卻塔的熱水盡可能地形成細小的水滴或薄的水膜以增加與空氣的接觸面積和接觸時間，以利于水和空氣的熱、質交換，是冷卻塔的重要組成部分。組成淋水裝置的元件叫填料。 根據水在淋水裝置中的形

13、態(tài)，分為點滴式、薄膜式和點滴薄膜式淋水裝置三類。配水系統 作用：把熱水均勻地分布于整個淋水裝置的表面上，以充分發(fā)揮淋水裝置的作用，保證達到預期的冷卻效果。同時要求配水系統的動力消耗盡量少，維護管理和水量調節(jié)方便和具有較小的通風阻力。配水系統分為管式、槽式和池式三種。通風筒 自然通風冷卻塔一般10150m，有的達150m以上。機械通風冷卻塔的風筒一般在10m左右，包括風機的進風口和上部的擴散筒。收水器 空氣流過淋水裝置和配水系統后，攜帶許多細小的水滴，在空氣排出冷卻塔之前通常用收水器回收部分水滴，以減少冷卻水的損失。空氣分配裝置 作用：保證空氣沿冷卻塔斷面上均勻分配。空氣分配裝置的主要部分是進風

14、口，有時裝有導風板。25. 空調系統中常用的冷卻塔是何形式?他的結構主要包括哪幾部分以及各部分的作用?26. 蒸發(fā)器的作用是什么?按供液方式的不同，蒸發(fā)器可分為哪幾類？簡述各自的特點和應用的場合。作用:蒸發(fā)器是一種吸熱設備,吸收被冷卻物體或空間所散發(fā)的熱量,達到制冷的目的.P13127. 滿液式蒸發(fā)器與非滿液式蒸發(fā)器有幾種型式？各有何缺點？各適應于何種場合？P13128. 比較干式殼管式蒸發(fā)器和臥式殼管冷凝器的結構和流動方式。 干式殼管式蒸發(fā)器實際卜就是管內蒸發(fā)的臥式殼管式蒸發(fā)器。它的結構與臥式殼管式蒸發(fā)器很相似，但工作過程卻完全不一樣。在臥式殼管式蒸發(fā)器中，制冷劑的液體在管內蒸發(fā)，而液體載冷

15、劑(水或鹽水)在管外被冷卻。為了增加管外載冷劑的流動速度，在殼體內橫跨管簇裝設折流板。折流板多做成圓缺形，而且缺口是上下相間裝配。干式殼管式蒸發(fā)器屬非滿液式蒸發(fā)器，制冷劑在管側蒸發(fā)，載冷劑在殼側被冷卻，殼側一般裝有折流板。29. 制冷系統中，循環(huán)的制冷劑含有潤滑油對管內沸騰換熱有何影響？ 制冷劑含有潤滑油質量分數一般為0.210對能與潤滑油互溶的R12和R22，對流表面?zhèn)鳠嵯禂翟龃?；對制冷劑和礦物油不互溶的氨(R717)，使換熱明顯惡化，對流表面?zhèn)鳠嵯禂迪陆导s30。30. 試解釋干式冷卻和析濕冷卻，析濕系數和接觸系數。 等濕(干式)冷卻：冷表面的溫度高于進口空氣的露點溫度，空氣中含有的水蒸氣不

16、會凝結，空氣在含濕量不變的情況下得到冷卻?？绽淦骺諝鈧鹊膿Q熱屬于無相變換熱。 析濕冷卻：如果冷表面的溫度低于進口空氣的露點溫度，空氣中的水蒸氣就會凝結而從空氣中析出，在冷表面形成水膜，此時空氣的溫度和含濕量同時下降。夏天空氣流經表面式空冷器的蒸發(fā)器時，一般都是析濕冷卻過程?？諝饬鹘浾舭l(fā)器時狀態(tài)的變化用h-d圖來表示 空氣冷卻器的總熱交換熱流量與顯熱交換熱流量之比稱為析濕系數. 實際情況下的換熱熱流量F與理想情況下的換熱熱流量Fmax之比值被稱為接觸系數(或稱表面冷卻效率).31. 蒸發(fā)器表面結霜時對換熱有何影響，為什么？P14831冷卻液體型干式殼管式蒸發(fā)器中載冷劑側流動阻力由哪幾項組成？各項

17、阻力如何計算？(1)管外載冷劑側流動阻力管外流體阻力由流經進、出口管接頭的阻力、流經折流板缺口的阻力、與管平行流動的阻力和橫掠管束的阻力等四部分組成。(2)管內制冷劑側流動阻力制冷劑在管內流動時，阻力由沿程阻力和局部阻力兩部分組成 P15832冷凝器的作用是什么？按冷卻劑的種類，冷凝器可分為哪幾類？ 作用:P170冷凝器按冷卻介質和冷卻方式，可以分為水冷式、空氣冷卻式(或稱風冷式)和蒸發(fā)式三種類型33常用水冷式冷凝器有幾種型式？各有什么特點？主要用于何種場合？水冷式冷凝器 冷卻水可用天然水、自來水或經冷卻水塔冷卻后的循環(huán)水。耗水量不大的小型裝置可使用自來水，大、中型裝置可使用循環(huán)水。目前制冷裝

18、置中大多采用水冷式冷凝器。1.臥式殼管式冷凝器 冷凝器的管程數一般為偶數，冷卻水的進、出口就可以設在同一個端蓋上，而且冷卻水從下面流進，上面流出。臥式殼管式氨冷凝器通常采用f25f38的無縫鋼管，氟利昂冷凝器可用無縫鋼管(一般f25以上)，也可用滾壓翅片銅管。優(yōu)點：；缺點：應用：廣泛用于大、中、小型氨或氟利昂制冷裝置中。2.立式殼管式冷凝器應用：只用于大、中型氨制冷裝置。導流管嘴作用：使冷卻水均勻地分配到每根鋼管。立式殼管式冷凝器管一般用f50的無縫鋼管。優(yōu)點：；缺點：3套管式冷凝器結構：由兩種不同管徑的管子制成，將單根或多根小直徑管套在大直徑的管內，然后繞成蛇形管式或螺旋形。圖5-3為具有三

19、根小管的套管式冷凝器。優(yōu)點：；缺點：。應用：廣泛用于小于25 kW的小型空調器機組中；用于氟利昂機組時，內管常用滾壓翅片銅管34風冷式冷凝器的特點？應用場合?蒸發(fā)式冷凝器的特點？應用場合？空氣冷卻式冷凝器,又稱風冷式冷凝器，只適用于冷凝壓力較低的制冷劑。優(yōu)點：不需要冷卻水，特別適用于缺水地區(qū)或供水困難的地方。多用于小型氟利昂制冷裝置中，多為蛇形管式，制冷劑蒸氣在管內冷凝，空氣在管外流過。根據空氣流動的方式，又分為： (1).自然對流空氣冷卻式冷凝器 依靠空氣受熱后產生的自然對流，將制冷劑冷凝放出的熱量帶走。 自然對流空氣冷卻式冷凝器，傳熱系數很小，為510 W/(m2K)，不需要風機，能耗小，噪聲低。主要用于家用冰箱和微型制冷裝置。 (2)強迫對流空氣冷卻式冷凝器 制冷劑蒸氣由上部分配集管進入蛇形管，冷凝后的液體沿管子向下