過程設(shè)備設(shè)計(jì)Ⅱ?qū)W習(xí)通超星期末考試答案章節(jié)答案2024年

過程設(shè)備設(shè)計(jì)Ⅱ?qū)W習(xí)通超星期末考試章節(jié)答案2024年管殼式換熱器有哪幾種主要形式？各有什么特點(diǎn)？

答案:1.固定管板式：結(jié)構(gòu)簡單，承壓高，管程易清潔，可能產(chǎn)生較大熱應(yīng)力；適用殼側(cè)介質(zhì)清潔；管、殼溫差不大或大但殼側(cè)壓力不高。

2.浮頭式：結(jié)構(gòu)復(fù)雜，無熱應(yīng)力、管間和管內(nèi)清洗方便，密封要求高。適用殼側(cè)結(jié)垢及大溫差。

3.U形管式：結(jié)構(gòu)比較簡單，內(nèi)層管不能更換；適用管內(nèi)清潔、高溫高壓。

4.填料函式：結(jié)構(gòu)簡單，管間和管內(nèi)清洗方便，填料處易泄漏；適用4MPa以下，溫度受限制。間壁式換熱器有哪幾種主要形式？各有什么特點(diǎn)？

答案:1.管式換熱器

按傳熱管的結(jié)構(gòu)形式不同大致可分為蛇管式換熱器、套管式換熱器、纏繞管式換熱器和管殼式換熱器。

在換熱效率、結(jié)構(gòu)緊湊性和單位傳熱面積的金屬消耗量等方面不如其它新型換熱器，但它具有結(jié)構(gòu)堅(jiān)固、可靠、適應(yīng)性強(qiáng)、易于制造、能承受較高的操作壓力和溫度等優(yōu)點(diǎn)。在高溫、高壓和大型換熱器中，管式換熱器仍占絕對優(yōu)勢，是目前使用最廣泛的一類換熱器。

2.板面式換熱器

按傳熱板面的結(jié)構(gòu)形式可分為：螺旋板式換熱器、板式換熱器、板翅式換熱器、板殼式換熱器和傘板式換熱器。

傳熱性能要比管式換熱器優(yōu)越，由于其結(jié)構(gòu)上的特點(diǎn)，使流體能在較低的速度下就達(dá)到湍流狀態(tài)，從而強(qiáng)化了傳熱。板面式換熱器采用板材制作，在大規(guī)模組織生產(chǎn)時(shí)，可降低設(shè)備成本，但其耐壓性能比管式換熱器差。

3.其他一些為滿足工藝特殊要求而設(shè)計(jì)的具有特殊結(jié)構(gòu)的換熱器，如流化床換熱器、熱管換熱器、聚四氟乙烯換熱器和石墨換熱器等。換熱設(shè)備有哪幾種主要形式？

答案:按換熱設(shè)備熱傳遞原理或傳熱方式進(jìn)行分類，可分為以下幾種主要形式：

1.直接接觸式換熱器

利用冷、熱流體直接接觸，彼此混合進(jìn)行換熱。

2.蓄熱式換熱器

借助于由固體構(gòu)成的蓄熱體與熱流體和冷流體交替接觸，把熱量從熱流體傳遞給冷流體。

3.間壁式換熱器

利用間壁（固體壁面）冷熱兩種流體隔開，熱量由熱流體通過間壁傳遞給冷流體。

4.中間載熱體式換熱器

載熱體在高溫流體換熱器和低溫流體換熱器之間循環(huán)，在高溫流體換熱器中吸收熱量，在低溫流體換熱器中把熱量釋放給低溫流體。換熱管與管板連接方式有哪些？論述根據(jù)不同的連接方式是選擇先焊還是先脹，并說明原因。

答案:連接型式的選擇：在換熱管和管板的連接中，單純脹接或焊接結(jié)構(gòu)的使用受到了GB/T151的一些限制。而脹焊并用結(jié)構(gòu)由于能有效地減輕管束振動對焊口的損傷，避免間隙腐蝕，并且比單純脹接或焊接結(jié)構(gòu)具有更高的強(qiáng)度和密封性，因而得到廣泛采用。目前常規(guī)換熱器較多地采用貼脹+強(qiáng)度焊，而重要的或使用條件苛刻的換熱器則要求采用強(qiáng)度脹+強(qiáng)度焊。

先脹后焊：對于貼脹+強(qiáng)度焊可采用先脹后焊的方法，而對于強(qiáng)度脹+強(qiáng)度焊則可宜采用先貼脹，再強(qiáng)度焊，最后強(qiáng)度脹的方法。原因如下：

1）管子與管板脹接后，在管端應(yīng)留有15mm長的未脹管腔，以避免脹接應(yīng)力與焊接應(yīng)力的疊加，減少焊接應(yīng)力對脹接的影響。

2）但15mm的未脹管段與管板管孔之間存在一個(gè)間隙，焊接時(shí)，由于高溫熔化金屬的影響，間隙內(nèi)氣體被加熱而急劇膨脹、出現(xiàn)超高溫高壓狀態(tài)。這些高溫高壓氣體在外泄時(shí)對強(qiáng)度脹的密封性能造成致命的損傷，且焊縫收口處亦將留下肉眼難以覺察的針孔。（所以應(yīng)重視管接頭的焊接工藝及焊縫的無損檢測）

3）雖然貼脹是不耐壓的，但可以消除管子與管板管孔的間隙，所以能有效地減輕管束振動對管接頭的影響。

另外，先脹后焊時(shí)不宜采用機(jī)械脹的方式，這是因?yàn)閷附恿鸭y、氣孔等很敏感的潤滑油容易滲入，焊接時(shí)更容易產(chǎn)生缺陷。并且若要求均勻貼脹，宜采用由計(jì)算機(jī)控制的液袋式脹管機(jī)進(jìn)行脹接。

先焊后脹：考慮到制造誤差，一些管板管孔與換熱管之間不可避免地存在著較大的間隙，并且這些間隙沿周向有可能是不均勻的。

對于先焊后脹，當(dāng)間隙很小時(shí)，15mm的未脹管段將可以減輕脹接變形對焊接的影響。當(dāng)間隙較大時(shí)，由于管子的剛性較大，并且焊縫承受切向剪力的能力相對較差，過大的脹接變形將越過15mm未脹區(qū)的緩沖而對焊接接頭產(chǎn)生損傷，甚至造成焊口脫焊。所以，對于先焊后脹，控制管子與管板孔的精度及其配合是相當(dāng)重要的問題。換熱設(shè)備傳熱強(qiáng)化可采取哪些途徑來實(shí)現(xiàn)？

答案:要使換熱設(shè)備中傳熱過程強(qiáng)化，可通過提高傳熱系數(shù)、增大換熱面積和增大平均傳熱溫差來實(shí)現(xiàn)。提高傳熱系數(shù)的方法又可分為主動強(qiáng)化（有源強(qiáng)化）和被動強(qiáng)化（無源強(qiáng)化）：

1.主動強(qiáng)化

指需要采用外加的動力（如機(jī)械力、電磁力等）來增強(qiáng)傳熱的技術(shù)。如攪拌換熱介質(zhì)、使換熱表面或流體振動、將電磁場作用于流體以促使換熱表面附近流體的混合、將異種和同種流體噴入換熱介質(zhì)或?qū)⒘黧w從換熱表面抽走等技術(shù)。

2.被動強(qiáng)化

除了輸送傳熱介質(zhì)的功率消耗外不再需要附加動力來增強(qiáng)傳熱的技術(shù)。主要包括：涂層表面、粗糙表面、擴(kuò)展表面、擾動元件、渦流發(fā)生器、射流沖擊、螺旋管以及添加物等手段。在管殼式換熱器中，采用最多的被動強(qiáng)化傳熱方法是擴(kuò)展表面及管內(nèi)放置強(qiáng)化傳熱元件，既能增加傳熱面積，又能提高傳熱系數(shù)。具體有：a.如槽管、翅片可增加近壁區(qū)湍流度，設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)時(shí)要注意優(yōu)先增強(qiáng)傳熱系數(shù)小的一側(cè)的湍流度。

b.改變殼程擋板結(jié)構(gòu)（多弓形折流板、異形孔板、網(wǎng)狀整圓形板），減少死區(qū)。改變管束支撐結(jié)構(gòu)（桿式支撐），減少死區(qū)。換熱器流體誘導(dǎo)振動的主要原因有哪些？相應(yīng)采取哪些防振措施？

答案:換熱器流體誘導(dǎo)振動主要由橫向流誘導(dǎo)振動引起的，主要原因有：卡曼漩渦、流體彈性擾動、湍流顫振、聲振動、射流轉(zhuǎn)換。

在橫流速度較低時(shí)，容易產(chǎn)生周期性的卡曼漩渦，這時(shí)在換熱器中既可能產(chǎn)生管子的振動，也可能產(chǎn)生聲振動。當(dāng)橫流速度較高時(shí)，管子的振動一般情況下是由流體彈性不穩(wěn)定性激發(fā)振動，但不會產(chǎn)生聲振動。只有當(dāng)橫流速度很高，才會出現(xiàn)射流轉(zhuǎn)換而引起管子的振動。

為了避免出現(xiàn)共振，要使激振頻率遠(yuǎn)離固有頻率。可通過改變流速、改變管子固有頻率、增設(shè)消聲板、抑制周期性漩渦、設(shè)置防沖板或?qū)Я魍驳韧緩絹韺?shí)現(xiàn)。換熱器與管板有哪幾種連接方式？

答案:1.強(qiáng)度脹（密封與抗拉脫弱，無縫隙）；

2.強(qiáng)度焊（密封與抗拉脫強(qiáng)，有縫隙，存在焊接殘余熱應(yīng)力）；

3.脹焊并用（先焊后脹，至少保證其中之一抗拉脫）。塔設(shè)備振動的原因有哪些？如何判斷塔設(shè)備是否產(chǎn)生共振？如何預(yù)防振動。

答案:安裝于室外的塔設(shè)備，在風(fēng)力的作用下，將產(chǎn)生兩個(gè)方向的振動。一種是順風(fēng)向的振動，即振動方向沿著風(fēng)的方向；另一種是橫向振動，即振動方向沿著風(fēng)的垂直方向，又稱橫向振動或風(fēng)的誘導(dǎo)振動。

為了防止塔的共振，塔在操作時(shí)激振力的頻率(即升力作用的頻率或旋渦脫落的頻率)fv不得在塔體第一振型固有頻率的0.85~1.3倍范圍內(nèi)?？刹扇∫韵麓胧┻_(dá)到這一目的：1.增大塔的固有頻率。2.采用擾流裝置。3.增大塔的阻尼。渦輪式攪拌器在容器中的流型及其應(yīng)用范圍。

答案:渦輪式攪拌器是應(yīng)用較廣的一種攪拌器，能有效地完成幾乎所有的攪拌操作，并能處理粘度范圍很廣的流體，渦輪式應(yīng)用范圍為中粘度達(dá)50Pa.s，范圍較廣，轉(zhuǎn)速較高，中容積。渦輪式攪拌器可分為開式和盤式二類。渦輪式攪拌器有較大的剪切力，可使流體微團(tuán)分散得很細(xì)，適用于低粘度到中等粘度流體的混合、液—液分散、液—固懸浮，以及促進(jìn)良好的傳熱、傳質(zhì)和化學(xué)反應(yīng)。平直葉剪切作用較大，屬剪切型攪拌器。彎葉是指葉片朝著流動方向彎曲，可降低功率消耗，適用于含有易碎固體顆粒的流體攪拌。

平直葉、后彎葉為徑向流型。在有擋板時(shí)以槳葉為界形成上下兩個(gè)循環(huán)流。折葉的還有軸向分流，近于軸流型。攪拌器在容器內(nèi)的安裝方法有哪幾種？對于攪拌機(jī)頂插試中心安裝的情況，其流型有什么特點(diǎn)？

答案:對于攪拌機(jī)頂插式中心安裝的立式圓筒，有三種基本流型：徑向流，軸向流，切向流。

除中心安裝的攪拌機(jī)外，還有偏心式、底插式、側(cè)插式、斜插式