《热交换器原理与设计》复习
热交换器原理与设计期末复习重点1
0绪论一、定义1、热交换器：在工程中，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。
2、换热过程：在炼油、化工生产以及绝大多数工艺过程中都有加热、冷却和冷凝过程。
3、注意：在热交换器中至少有两种流体参加换热。
一种流体温度较高，放出热量，另一种流体温度较低，吸收热量。
二、热交换器在工程中广泛应用1、锅炉设备中的：过热器、省煤器、空气预热器；2、电厂热力系统中的：凝汽器、除氧器、给水加热器、冷水塔等；3、制冷工业中：蒸汽压缩式制冷机或吸收式制冷机中的蒸发器、冷凝器；4、冶金工业中高炉中的：热风炉，炼钢和轧钢生产工艺中的空气或煤气预热；5、制糖工业和造纸工业中的：糖液蒸发器和纸浆蒸发器。
三、衡量换热器的指标1、传热效率高（传热系数大）2、结构要紧凑（比表面积：传热面积与换热设备体积之比。
要大）3、要节省材料（比重量：单位体积消耗材料。
要小）4、压力降要小（流动阻力小）5、要求结构可靠、制造成本低、便于安装检修、使用周期长。
四、热交换器的分类1. 按照用途来分类（1）加热器：用于把流体加热到所需温度，被加热流体在加热过程中不发生相变。
（2）预热器：用于流体的预热，以提高整套工艺装置的效率。
（3）过热器：用于加热饱和蒸汽，使其达到过热状态。
（4）蒸发器：用于加热液体，使其蒸发汽化。
（5）再沸器：用于加热已被冷凝的液体，使其再受热汽化。
为蒸馏过程专用设备。
（6）冷却器：用于冷却流体，使其达到所需温度。
（7）冷凝器：用于冷却凝结性饱和蒸汽，使其放出潜热而凝结液化。
（8）再热器：用于电厂再热循环。
（9）回热器：用于冷凝液的过冷。
（10）省煤器：用于加热锅炉的给水。
2. 按照制造的材料分类（1）金属材料换热器由金属材料加工制成的换热器。
常用的材料有碳钢、合金钢、铜及铜合金、铝及铝合金、钛及钛合金等。
因金属材料导热系数大，故此类换热器的传热效率高。
（2）非金属材料换热器有非金属材料制成的换热器。
常用的材料有石墨、玻璃、塑料、陶瓷等。
《热交换器原理与设计》热交换器设计-3-5
《热交换器原理与设计》热交换器设计-3-53.5 换热器的管束换热器的管束是换热器中的一个重要部分，其作用是承载和传递热量和流体，并保证卫生安全和运行可靠性。
根据不同的设计要求和应用场合，管束的形状、材质和结构都有所不同。
管束的形状通常可以分为三种：直管、U型管和螺旋管。
(1) 直管式管束直管式管束是最简单的管束形式，它由一组平行排列的管子组成，两端通过管板连接起来。
直管式管束适用于流量小、温差小、介质清洁的场合，如冷却水等。
(2) U型管束U型管束由一组成对的 U 形管子组成，相邻的 U 形管子通过管板相连。
U型管束更加适用于各种条件下的换热，具有良好的热传递效果，同时也便于清洗、检修。
螺旋管束由一根管子缠绕成螺旋形而成。
螺旋管束可以提高换热器的传热系数，但设计和制造难度较大。
管束的材质对于换热器的性能、寿命和安全性有着重要的影响，通常管材应具备优异的热传导、耐腐蚀和机械强度。
(1) 金属材质金属材质主要包括不锈钢、钛合金、铜、铝等。
其中不锈钢是最常用的材料，具有良好的耐腐蚀和机械强度，适用于大多数工作条件。
非金属材质主要包括塑料、橡胶、陶瓷、石墨等。
与金属材质相比，它们具有相关的低成本、耐腐蚀、低密度、环保等特点，适用于某些特殊工况。
管束的结构包括单通道管束和多通道管束两种。
单通道管束是指管束中只有一个流体通道的管束，适用于流体流量小、温差小、换热系数要求不高的场合。
单通道管束由直管或U型管组成。
总之，管束的选择应根据具体应用情况进行综合考虑，以满足设计要求和安全可靠性。
同时应注意管束的清洗、检修和维护工作，以保证换热器长期安全稳定运行。
热交换器原理与设计
绪论1.2.热交换器的分类：1）按照材料来分：金属的，陶瓷的，塑料的，是摸的，玻璃的等等2）按照温度状况来分：温度工况稳定的热交换器，热流大小以及在指定热交换区域内的温度不随时间而变；温度工况不稳定的热交换器，传热面上的热流和温度都随时间改变。
3）按照热流体与冷流体的流动方向来分：顺流式，逆流式，错流式，混流式4）按照传送热量的方法来分：间壁式，混合式，蓄热式恒在壁的他侧流动，两种流体不直接接触，热量通过壁面而进行传递。
过时，把热量储蓄于壁内，壁的温度逐渐升高；而当冷流体流过时，壁面放出热量，壁的温度逐渐降低，如此反复进行，以达到热交换的目的。
第一章1.Mc1℃是所需的热量，用W表示。
两种流体在热交换器内的温度变化与他们的热容量成反比；即热容量越大，流体温度变化越小。
2.W—对应单位温度变化产生的流动流体的能量存储速率。
4.顺流和逆流情况下平均温差的区别：在顺流时，不论W1、W2值的大小如何，总有μ＞０，因而在热流体从进口到出口的方向上，两流体间的温差△t总是不断降低；而对于逆流，沿着热流体进口到出口方向上，当W1＜W2时，μ＞０，△t不断降低，当W1＞W2时，μ＜０，△t不断升高。
5.P（定义式P12）物理意义：流体的实际温升与理论上所能达到的最大温升比，所以只能小于1。
6.R—冷流体的热容量与热流体的热容量之比。
（定义式P12）7.从φ值的大小可看出某种流动方式在给定工况下接近逆流的程度。
除非处于降低壁温的目的，否则最好使φ＞0.9，若φ＜0.75就认为不合理。
（P22 例1.1）8.所谓Qmax是指一个面积为无穷大且其流体流量和进口温度与实际热交换器的流量和进口温度相同的逆流型热交换器所能达到的传热量的极限值。
9.实际传热量Q与最大可能传热量Qmax=Q/Qmax。
意义：以温度形式反映出热、冷流体可用热量被利用的程度。
10.根据ε的定义，它是一个无因次参数，一般小于1。
其实用性在与：若已知ε及t1′、t2′时，就可很容易地由Q=εW min(t1′-t2′)确定热交换器的实际传热量。
热交换器复习重点
热交换器复习重点1.套管式换热器的特点优点：结构简单，适用于高温高压流体，特别是小容量流体的传热。
如果工艺条件变动，只要改变套管的根数，就可以增减热负荷。
另外，只要做成内管可以抽出的套管，就可以清除污垢，所以它亦适用于易生污垢的流体。
缺点：流动阻力大，金属消耗量多，而且体积大，占地面积大，故多用于传热面积不大的换热器。
2.换热器的四大计算包括：热计算、结构计算、流动阻力计算、强度计算。
3.相变换热中顺流还是逆流的换热温差有无差别？于其中有一种流体在相变的情况下进行传热，它的温差沿传热面不变，因此无顺流、逆流之别。
4.顺流的平均温差和温度的分布特点：两种流体向着同一方向平行流动，热流体的温度沿传热面不断降低，冷流体的温度沿传热面不断升高。
5.温度交叉能否出现在逆流换热和顺流换热逆流能，顺流不能。
6.采用胀管法固定管子时换热器压力一般不能超过？压力低于。
7.分程隔板的作用为了将热交换器的管程分为若干流程。
8.高效间壁式换热器包括哪些类型螺旋板式、板式、翅片管式及热管热交换器。
9.板式换热器的关键部件和最易出现故障的部件关键部件：传热板片。
故障部件：垫圈。
10.回转式空气预热器的特点优点：结构紧凑，节省钢材，耐腐蚀性好和受热面受到磨损和腐蚀时不增加空气预热器的漏风量等。
缺点：漏风量较大，对密封结构要求较高。
11．换热器中热应力方法在热交换器中，除了压力产生的应力外，还会于壳体、管子所接触的流体温度不等，使壳体、管束的伸长受到约束，从而在轴向产生拉应力或压应力。
这种温差引起的力称为温差应力或热应力、温差轴向应力。
12.确定传热系数的方法有哪几类？各自适用场合？方法：选用经验数据于设计者根据经验或参考书籍选用工艺条件相仿、设备类型类体，高粘度流体和在层流区流动的流体，饱和蒸汽。
14.热交换器流体的选用速度和最佳速度的关系选用速度是要尽量避免流体呈湍流状态，以保证设备在较大的传热系数下进行热交换，为避免产生过大的压降，才不得不选用层流状态下的流速。
换热器原理与设计期末复习题重点_
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热力发电厂中换热器的形式与传热机理
2.比较沉浸式换热器、喷淋式换热器、套管式换热器和管壳式换热器的优缺点
答：⑴沉浸式换热器
缺点：自然对流，传热系数低，体积大，金届耗量大。
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
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同壁式
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空气珂热落
间壁或或蓄热式
勘加熬器
M壁式
向峻式
摩环女冷却塔
优点：结构简单，制作、修理方便，容易活洗，可用丁有腐蚀性流体
⑵喷淋式换热器：
优点：结构简单，易丁制造和检修。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，金届耗量大，但比沉浸式要 小
换热器原理与设计期末复习题重点·
第一章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. 体积大.金属耗量大。
3. 相比较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算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.占地面积大.多用于传热面积不大的换热器。
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 1 0．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．比较沉浸式换热器、喷淋式换热器、套管式换热器和管壳式换热器的优缺点答：⑴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.容易清洗.可用于有腐蚀性流体⑵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⑶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。
方便清除污垢.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。
热交换器原理与设计
绪论1.2.热交换器的分类：1）按照材料来分：金属的，陶瓷的，塑料的，是摸的，玻璃的等等2）按照温度状况来分：温度工况稳定的热交换器，热流大小以及在指定热交换区域内的温度不随时间而变；温度工况不稳定的热交换器，传热面上的热流和温度都随时间改变。
3）按照热流体与冷流体的流动方向来分：顺流式，逆流式，错流式，混流式4）按照传送热量的方法来分：间壁式，混合式，蓄热式恒在壁的他侧流动，两种流体不直接接触，热量通过壁面而进行传递。
过时，把热量储蓄于壁内，壁的温度逐渐升高；而当冷流体流过时，壁面放出热量，壁的温度逐渐降低，如此反复进行，以达到热交换的目的。
第一章1.Mc1℃是所需的热量，用W表示。
两种流体在热交换器内的温度变化与他们的热容量成反比；即热容量越大，流体温度变化越小。
2.W—对应单位温度变化产生的流动流体的能量存储速率。
4.顺流和逆流情况下平均温差的区别：在顺流时，不论W1、W2值的大小如何，总有μ＞０，因而在热流体从进口到出口的方向上，两流体间的温差△t总是不断降低；而对于逆流，沿着热流体进口到出口方向上，当W1＜W2时，μ＞０，△t不断降低，当W1＞W2时，μ＜０，△t不断升高。
5.P（定义式P12）物理意义：流体的实际温升与理论上所能达到的最大温升比，所以只能小于1。
6.R—冷流体的热容量与热流体的热容量之比。
（定义式P12）7.从φ值的大小可看出某种流动方式在给定工况下接近逆流的程度。
除非处于降低壁温的目的，否则最好使φ＞0.9，若φ＜0.75就认为不合理。
（P22 例1.1）8.所谓Qmax是指一个面积为无穷大且其流体流量和进口温度与实际热交换器的流量和进口温度相同的逆流型热交换器所能达到的传热量的极限值。
9.实际传热量Q与最大可能传热量Qmaxε表示，即ε=Q/Qmax。
意义：以温度形式反映出热、冷流体可用热量被利用的程度。
10.根据ε的定义，它是一个无因次参数，一般小于1。
其实用性在与：若已知ε及t1′、t2′时，就可很容易地由Q=εW min(t1′-t2′)确定热交换器的实际传热量。
《热交换器原理与设计》复习
人字形板
水平平直波纹板
锯齿形板
介质在板片间的流动
单边流 同侧流入、流出 对角流 不同侧流入、流出
单边流
对角流
换向板片：根据流程的需要，相应不冲出某些角孔，介质遇 到盲孔即拐弯，进行换向，增加介质的流程
组装形成三种典型形式：串联、并联、混联
流体在每一程内流经每一垂直流动后，改变方向，流经下一程 两介质的主体流向是逆流，但相邻流道中有并流也有逆流。
空冷式热交换器 热流体出口和空气进口之间的温差不低于20℃
多管程热交换器 尽量避免温度交叉，必要时可将较小一端温 差加大到20℃以上
三、管子直径的选择
小管径 优点：
增强传热 增大单位体积传热面积
缺点：
流动阻力增大
管子与管板连接处的泄漏的可能性增大
容易积垢
管长与管径的比例关系：
一、温差应力计算
1.温差应力：仅由管壁与壳壁温差引起的应力。
0.3 换热器设计计算的内容 (1) 热计算
确定传热系数及传热面积。
(2) 结构计算
计算换热器的主要部件的尺寸，如管子的直径、长 度、根数、壳体的直径，折流板的尺寸和数目，分 程隔板的数目和布置，接管尺寸等。
(3) 流动阻力计算
包括管程和壳程的阻力，为选择泵和风机提供依据 或校核其是否超过允许的数值。 (4) 强度计算
①条件:当换热器所需换热面↑，而管子又不能太长时， 就要 管数n ↑ (v↓ ) 为使管内v↑→提高传热效果→需分程
②管程数: 一般有1，2，4，6，8，10，12等七种, 最简单、 最常用的是单管程。
④分程的要求: a.避免流体温差较大的两部分管束紧邻 b.程与程之间温差不宜过大, 不超过28℃ c.应尽可能使各管程的换热管数大致相同 d.分程隔板槽形状简单, 密封面长度较短
热交换器原理与设计复习考核重点（共5篇）
热交换器原理与设计复习考核重点（共5篇）第一篇：热交换器原理与设计复习考核重点第二章管壳式热交换器1、管壳式热交换器按其结构的不同一般可分为固定管板式、U形管式、浮头式和填料式四种类型。
管壳式热交换器，具有结构简单、造价较低、选材范围广、适用范围广、处理能力大、清洗方便等优点，还能适应高温高压的要求。
但传热效果较差、体积比较庞大，因此在某些场合需要使用在传热性能、体积等方面具有一定优点的其他型式热交换器。
（1）固定管板式热交换器：将管子两端固定在位于壳体两端的固定管板上，固称之为管板式热交换器。
结构比较简单，重量轻，在壳程数相同的条件下可排的管数多。
但是他的壳程不能检修和清洗，因此宜于流过不宜结垢和清洁的流体，当管束与壳体的温差太大而产生不同的热膨胀时，常会使管子与管板的接口脱开。
从而发生流体的泄漏。
为避免后患可在外壳上装设膨胀节，但它只能减小而不能完全消除由于温差引起的热应力。
这种方法不能照顾到管子的相对移动。
（2）U形管式热交换器:管束由U字形弯管组成。
管子两端固定在同一管板上，弯曲端不加固定，使每根管子具有自由伸缩的余地而不受其他管子及壳体的影响。
可将整个管束抽出清洗，但要清除内壁的污垢却比较困难，因为弯曲的管子需要一定的弯曲半径，因而在制造时需要不同曲率的模子弯管，且使管板的有效利用率降低。
此外，损坏的管子也难于调换，U形管中间部分空间对热交换器的工作有着不利的影响，从而使热的应用受到很大的限制。
（3）浮头式换热器：两端管板只有一端与壳体以法兰实行固定连接（为固定端），另一端的管板不与壳体固定连接而可相对于壳体滑动，这一端为浮头端。
管束的热膨胀不受壳体的约束，壳体与管束之间不会因差胀而产生热应力。
需要清洗和检修时，仅将整个固定端抽出即可进行。
它的缺点是：浮头盖与管板法兰连接有相当大的面积，结果使壳体直径增大，或壳程与管束之间形成了阻力较小的环形通道，部分流体将有此处旁通而不参与热交换过程。
换热器原理与设计复习重点
绪论：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，体积大，金属耗量大。
3. 相比较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算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，占地面积大，多用于传热面积不大的换热器。
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 1 0．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．比较沉浸式换热器、喷淋式换热器、套管式换热器和管壳式换热器的优缺点⑴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，容易清洗，可用于有腐蚀性流体⑵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⑶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。
方便清除污垢，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。
热交换器原理与设计期末复习重点
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）50％0 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（W＝Mc）：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])传热有效度（ε）：实际传热量Q与最大可能传热量Q max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。
<1-2>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])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 U——U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。
(2013-2014学年第二学期考题[填空])管壳式热交换器的基本构造：⑴管板⑵分程隔板⑶纵向隔板、折流板、支持板⑷挡板和旁路挡板⑸防冲板产生流动阻力的原因：①流体具有黏性，流动时存在着摩擦，是产生流动阻力的根源；②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。
《热交换器原理与设计》管壳式热交换器设计资料
0.14
1.05
f
0.14
w
0.95
气体
f
w
0.14
1.0
同时存在对流换热与辐射换热的处理
具有辐射能力的气体
辐射
温度较高
对流 《热交换器原理与设计》管壳式热
交换器设计资料
总换热系数
7
c r
辐射
T1 4 T2 4
r
nC0100T1
100 T2
式中： C0——黑体辐射常数，其值为5.67W/(m2k4)
二、流体温度和终温的确定
流动方式 传热面积
已知
平均温差 传热单元数法
《热交换器原理与设计》管壳式热
交换器设计资料
28
可以参考数据选择流体度和换热终温:
热端温差不小于20℃
冷端温差不小于5℃
冷却器 冷流体的初温应高于热流体的凝固点 冷凝器 含有不凝结气体冷凝，冷流体的终温要求
低于被冷凝气体的露点以下5℃
管长与管径的比例《热关交系换器：原理与设计》管壳式热
交换器设计资料
30
单管程
流速一定，流通截面积At，管子数为
n
4 At
d i 2
传热面积F,管长L应为
L
F
dn
略去内径与计算直径的差别
L
F 4 At
di
《热交换器原理与设计》管壳式热
交换器设计资料
Байду номын сангаас
31
四、流体流动速度的选择
流体的流动速度要尽量使流体呈湍流状态 避免产生过大压降 考虑机械条件与结构要求
第二章 管壳式热交换器
《热交换器原理与设计》管壳式热
交换器设计资料
热交换器原理与设计
热交换器原理与设计复习提纲题型：概念题，问答题，计算。
0.绪论1.热交换器的分类2.content of heat exchanger desing.(P6)1.热交换器热计算的基本原理1.1.1热计算基本方程式Q=KF△t ------Heat Transfer Equation1.1.2热平衡方程式 Heat balance equation Q=M1(I1’-I1”)=M2(I2”-I2’)1.2平均温差（图）对数平均温差△tm或LMTD表示，公式1.11 （for counter flow and parallel flow）(主要用这个)算术平均温差（看）△tm=ψ△tlm,c ψ----修正系数 correction factor ψ=f(P、R) P,R公式及物理意义1.3．1 传热有效度的定义1.3.2 LMTD及NTU 两种算法 P24-342.管壳式热交换器 shell-and-tube heat exchanger(计算较多)2.1.1 types(4种) and standards (国标GB151-1999，P43表示法)2.1.2管子在管板上的固定与排列Tube bundle type: bined1)管子在管板上的固定2)管子在管板上的排列 tube layoutTriangular layoutSquare layoutCircular layoutRotated square layout3)换热管中心距：管板上两根管子中心线的距离称为换热管中心距。
2.1.5 折流板 baffle-----一个重要的附件折流板的作用除了使流体横过管束流动外，还有支撑管束、防止管束振动弯曲的作用。
Baffle arrangement：水平，数值，转角Baffle types：segmental baffle（弓形）、disc-and-ring baflleBaffle fixing2.1.7 防冲板2.3 管壳式热交换器的传热计算2.3.1 传热系数的确定（确定管内面积还是管外面积）对光滑圆管，以外表面积为准时：以内表面积为准时：公式2.25，,2.26,do≈di,可用公式2.27：2.3.2 换热系数的计算了解贝尔法Nu=αl/λ Re=ωl/γ Pr=Cpμ/λP60 表格2．4.1 管程阻力计算（压力计算，参考流体力学）注意：入口，出口，转弯处2.5 管壳式热交换器的合理设计考虑的主要问题：1.流体在热交换器内流动空间的选择2.流体文都和终温的确定3.管子直径的选择4.流体流动速度的选择5.管壳式热交换器的热补偿问题6.管壳式热交换器的震动与噪声Attention：了解设计原则3.高效间壁式热交换器3.1 螺旋板式热交换器 spiral heat exchanger基本构造和工作原理 basic structure and principle3.2 板式热交换器板式效率的物理意义及影响板式效率的因素P129 型号表示法3.3.2 板翅式热交换器的设计计算注意翅片效率：ηf翅片避免总效率：η0传热量和传热系数计算 P150 公式 3.64；公式 3.65P154 板翅式热交换器设计步骤：（参照老师上课讲的内容）3.4 翅片管热交换器 tube-fin heatexchanger翅片管热交换器是一种带翅（亦称带肋）的热交换器3.5 热管热交换器 heat-pipe heat exchanger因为工作原理不同（蒸发，冷凝）所以要在第三章重点注意：5个极限，9个热阻，及工作原理P180 什么叫重力辅助热管4 混合式热交换器分类：冷水塔，气体洗涤塔，喷射式热交换器，混合式冷凝器Attention：重点冷水塔4.1 冷水塔 1.构造及部件功能2.分类：干式、湿式（效率低）为什么湿式效率低？？P213冷水塔的工作原理：P216 注意，水温决定于水和空气的传热冷水塔内水的降温主要是由于水的蒸发散热和气水之间的接触传热。
换热器原理与设计复习重点精编WORD版
换热器原理与设计复习重点精编W O R D版 IBM system office room 【A0816H-A0912AAAHH-GX8Q8-GNTHHJ8】绪论：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，体积大，金属耗量大。
3. 相比较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算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，占地面积大，多用于传热面积不大的换热器。
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 1 0．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．比较沉浸式换热器、喷淋式换热器、套管式换热器和管壳式换热器的优缺点⑴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，容易清洗，可用于有腐蚀性流体⑵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⑶套管式换热器：优点：结构简单，适用于高温高压流体的传热。
热交换器复习重点
热交换器复习重点1.套管式换热器的特点优点：结构简单，适用于高温高压流体，特别是小容量流体的传热。
如果工艺条件变动，只要改变套管的根数，就可以增减热负荷。
另外，只要做成内管可以抽出的套管，就可以清除污垢，所以它亦适用于易生污垢的流体。
缺点：流动阻力大，金属消耗量多，而且体积大，占地面积大，故多用于传热面积不大的换热器。
2.换热器的四大计算包括：热计算、结构计算、流动阻力计算、强度计算。
3.相变换热中顺流还是逆流的换热温差有无差别？于其中有一种流体在相变的情况下进行传热，它的温差沿传热面不变，因此无顺流、逆流之别。
4.顺流的平均温差和温度的分布特点：两种流体向着同一方向平行流动，热流体的温度沿传热面不断降低，冷流体的温度沿传热面不断升高。
5.温度交叉能否出现在逆流换热和顺流换热逆流能，顺流不能。
6.采用胀管法固定管子时换热器压力一般不能超过？压力低于。
7.分程隔板的作用为了将热交换器的管程分为若干流程。
8.高效间壁式换热器包括哪些类型螺旋板式、板式、翅片管式及热管热交换器。
9.板式换热器的关键部件和最易出现故障的部件关键部件：传热板片。
故障部件：垫圈。
10.回转式空气预热器的特点优点：结构紧凑，节省钢材，耐腐蚀性好和受热面受到磨损和腐蚀时不增加空气预热器的漏风量等。
缺点：漏风量较大，对密封结构要求较高。
11．换热器中热应力方法在热交换器中，除了压力产生的应力外，还会于壳体、管子所接触的流体温度不等，使壳体、管束的伸长受到约束，从而在轴向产生拉应力或压应力。
这种温差引起的力称为温差应力或热应力、温差轴向应力。
12.确定传热系数的方法有哪几类？各自适用场合？方法：选用经验数据于设计者根据经验或参考书籍选用工艺条件相仿、设备类型类体，高粘度流体和在层流区流动的流体，饱和蒸汽。
14.热交换器流体的选用速度和最佳速度的关系选用速度是要尽量避免流体呈湍流状态，以保证设备在较大的传热系数下进行热交换，为避免产生过大的压降，才不得不选用层流状态下的流速。
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介质在板片间的流动
单边流 对角流
同侧流入、流出 不同侧流入、流出
单边流
对角流
换向板片：根据流程的需要，相应不冲出某些角孔，介质遇 到盲孔即拐弯，进行换向，增加介质的流程
组装形成三种典型形式：串联、并联、混联
流体在每一程内流经每一垂直流动后，改变方向，流经下一程 两介质的主体流向是逆流，但相邻流道中有并流也有逆流。
不易堵塞 由于流速较高，又是在螺旋流道内流动，能较好的发 挥流体对板面的冲刷作用，因而流体中的悬浮物不易沉积下来。
由于流道长，可为完全逆流，便于控制温度和利用低温热源，操 作时允许较低的温度差，因此，在一些低温差传热的场合，采用 螺旋板换热器比较合适。 结构紧凑，制造简便，单位体积设备内的传热面积约为列管式换 热器的3倍。
操作压力和温度不能太高，尤其是所能承受的压力比较低，操作 压力只能在20atm以下，操作温度约在300-400℃以下。
不易检修，整个换热器已被卷制焊接为一个整体，一旦发生中间 泄漏或其他故障，设备即告报废。
板式换热器的构造
a 传热板片
作用： 类型： 人字形ห้องสมุดไป่ตู้ 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 水平平直波纹板 锯齿形板
只有一个管板，换热管弯成U形
管板只有一端与壳体固定连接， 另一端采用填料函密封， 两端管板之一不与壳体连接，
一、换热管
作用:
a. 实现热交换
管间距 VS 排列方式
二、管板 作用:
关键零件之一
a. 排布换热管； b. 分隔管程和壳程流体→避免冷、热流体混合 C. 承受管程、壳程压力和温度的载荷作用 形式：椭圆形，双管板等等
第五节
管壳式热交换器的合理设计
一、流体在热交换器内流动空间的选择 1、提高传热系数受到限制的那一侧的换热 系数，使传热面两侧的传热条件尽量接近。
原则
2、节省金属材料 3、清洗污垢方便
4、减少热量，冷量损失 5、减少壳体和管子因受热不同而产生的温差应力
6、在高压下工作的热交换器，使密封简单可靠
7、便于流体的流入，分配和排出
b 密封垫圈
密封作用，防止介质漏出（外漏）
在两板片间造成一定的间隙，形成介质的流道（内漏）
双道密封 信号孔（凹槽） 当介质从第一道密封泄露时，可以从信号 空泄出，及早发现和检修 信号孔还可以避免介质穿通，防止一种介 质漏到另一种介质中去
承受压力、温度，耐流体的侵蚀 良好的弹性，可重复使用
材料 天然橡胶、丁晴橡胶、丁苯橡胶、氯丁橡 胶、三元乙丙橡胶、硅胶（80-150℃以下） 压缩石棉、石棉橡胶（260-300℃）
可以参考数据选择流体度和换热终温: 热端温差不小于20℃ 冷端温差不小于5℃ 冷却器 冷流体的初温应高于热流体的凝固点
冷凝器 含有不凝结气体冷凝，冷流体的终温要求
低于被冷凝气体的露点以下5℃
空冷式热交换器 热流体出口和空气进口之间的温差不低于20℃
多管程热交换器
尽量避免温度交叉，必要时可将较小一端温 差加大到20℃以上
不易堵塞 由于流速较高，又是在螺旋流道内流动，能较好的发 挥流体对板面的冲刷作用，因而流体中的悬浮物不易沉积下来。
由于流道长，可为完全逆流，便于控制温度和利用低温热源，操 作时允许较低的温度差，因此，在一些低温差传热的场合，采用 螺旋板换热器比较合适。 结构紧凑，制造简便，单位体积设备内的传热面积约为列管式换 热器的3倍。
混合流：管子不带翅片，管外的气流可以
在横向自由的随意的运动，称为混合流。但 是管内的流体属于非混合流。
3 、其他流动方式时的平均温差 t m tlm,c
t lm,c
表 示
按逆流方式计算的对数平均温差
在给定工作条件下，接近逆流形式的 在相同的流体进出口温度条件下，按某种流动形式工作时的 程度，一般设计时要>0.9 ， 平均温差 t m 与逆流工作时的对数平均温差 <0.75时，认为设计不合理。t lm,c的比值
流体流动通道的选择 1、不清洁或易结垢的物料应当流过易于清洗的一侧，对 于直管管束，一般通过管内，直管内易于清洗； 2、需通过增大流速提高 对流换热系数的 的流体应选 管程，因管程流通截面积小于壳程，且易采用多程来 提高流速； 3、腐蚀性流体宜走管程，以免管束和壳体同时受腐蚀； 4、压力高的流体宜选管程，以防止壳体受压 5、饱和蒸汽宜走壳程，冷凝液易于排出，其α与流速无关； 6、被冷却的流体一般走壳程，便于散热 7、粘度大、流量小的流体宜选壳程，因壳程的流道截面 和流向都在不断变化，在 Re>100 即可达到湍流。
一、温差应力计算
1.温差应力：仅由管壁与壳壁温差引起的应力。
2.产生原因 1)结构因素：即换热器的管束与壳体是刚性连接; 2)温差因素：即换热器的管壁温度与壳壁温度差; 3)材质因素：即换热器的管束与壳体材料的线膨胀系数大 小的影响 . 3. 产生后果： 1)管子的弯曲变形; 2)造成管子与管板连接部分泄漏; 3)使管子从管板上拉脱.
第三章 高效间壁式热交换器
螺旋板式 板式 板翅式 热管 微尺度 能源利用角度方面对热交换器的要求 传热效率高 体积小
高效间壁式热交换器
高效间壁式热交换器 高效就是换热效率高，结构紧凑 即在增加换热器的传热面积的同时， 也要减小换热器的体积 “紧凑性”—热交换器的单位体积 中所包含的传热面积的大小，m2/m3 紧凑式热交换器：>700m2/m3 非紧凑性热交换器：<700m2/m3 通过“二次表面”来提高紧凑性
⑵折流板、支持板 ①折流板 作用: a.提高壳程流体流速，增加湍动程度；使壳程流体垂直 冲刷管束，提高壳程传热系数； b.减少结垢。 c.支承管束 结构形式 弓形 圆盘-圆环形 堰形折流板
②支持板 设置条件: 当换热器在工艺上无须设置折流板， 但管子又比较长，超过最大无支撑跨距时， 需设置一定数量的支持板，按照折流板处理. 作用: a. 减小跨距→防振 b.支承管子→增加管子刚度，防止管子产生过大挠度
2.壳程结构
壳体 折流板 折流杆
防短路结构 壳程分程
⑴壳体
①接管→焊在壳体上，供壳程流体进、出。 ②防冲挡板 作用:减小流体的不均匀分布和对管束的侵蚀和震动， 在壳程进口接管处设置防冲挡板.
③导流筒
作用:a.充分利用换热面积, 减小壳程进出口处死区 b.也起防冲作用 c.减少壳程进出口处压降(外导流结构) 条件: 当壳程进出口接管距管板较远，流体停滞区过大时， 应设置导流筒
（1） 值取决于无量纲参数 P和 R t2 t2 t1 t1 P 、R t2 t1 t2 2
式中：下标1、2分别表示两种流体，上角标 ` 表示 进口，`` 表示出口，图表中均以P为横坐标，R为参量。
（2）P的物理意义：流体2的实际温升与理论上所能达到
（6）Ψ设计中最好使Ψ>0.9 ，若Ψ<0.75就认为不合
理。出于降低壁温的目的，除外。
（7）当R超过线图所表示的范围或者当某些区域的
Ψ值不易读准时，可以用P’和R’查图。
管壳式换热器
前端管箱
结构
壳体 后端（包括管束）
固定管板式 管子两端固定在位于壳体两端的固定管板上 分类 U形管式 填料函式 浮头式
在相同的流体进出口温度条件下，按逆流工作所需的传热 面积 Fcounter与按某种流动形式工作所需的传热面积 Fother 之比 值（传热系数相等的条件小），
温度修正系数 值的大小说明某种流动形式的换热器
即：
t m Fcounter t lm,c Fother
恒不大于0或≤1
关于的注意事项
的最大温升之比，所以只能小于1 （3）R的物理意义：两种流体的热容量之比
t1 qm 2c2 t1 R t2 qm1c1 t2
（4） 对于管壳式换热器，查图时需要注意流动的“程”数
（5）Ψ值总是小于或者等于1。从Ψ值的大小可以
看得出来某种流动方式在给定的工况下接近逆流的 程度。
0.3 换热器设计计算的内容 (1) 热计算 确定传热系数及传热面积。 (2) 结构计算 计算换热器的主要部件的尺寸，如管子的直径、长 度、根数、壳体的直径，折流板的尺寸和数目，分 程隔板的数目和布置，接管尺寸等。 (3) 流动阻力计算 包括管程和壳程的阻力，为选择泵和风机提供依据 或校核其是否超过允许的数值。 (4) 强度计算
复
习
第一章
什么是热交换器 在工程中，将某种流体的热量以一定的传热方式传 递给其他流体的设备。
分类简介： 按传递热量的方法来分：
间壁式：冷热流体间有一个固体壁面，两种流体 不直接接触，热量通过壁面进行传递。
又可分为管式换热器、板式换热器、夹 套式换热器
混合式：冷热流体直接接触进行传热。 蓄热式（回热式）：冷热流体轮流和壁面接触， 热流体放热，冷流体吸热。
算术平均与对数平均温差
t m ,算术
t max t min 2
t m ,对数
t max t min t max ln t min
算术平均温差相当于温度呈直线变化的情况，因此，总是大于相 同进出口温度下的对数平均温差，当 tmax tmin 2时，两者的差 别小于4％；当 t max t min 1.7时，两者的差别小于2.3％。
⑶折流杆
针对传统折流板: 有传热死区, 流体阻力↑, 易产生管振动等缺点→开发 新型折流杆 结构:
2
3
1支撑杆
2折流杆
1
3滑轨
(4)防短路结构
目的: 防止壳程流体，在某些区域短路→使传热效率增加 旁路挡板 图 结构： 挡管 图 中间挡板 图
旁路挡板
挡 板
旁路 挡板
折流板
折 流 板
挡管
中间挡板
(5)壳程分程(纵向隔板) 目的: a.满足工艺设计要求 b.增大壳程流体传热系数 型式: E型、F型、G型、H型