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。

⑷管壳式换热器：优点：结构简单，造价较低，选材范围广，处理能力大，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，振动和噪音大

第一章

1.填空：

1．传热的三种基本方式是_导热__、____对流__、和 辐射_。

2..两种流体热交换的基本方式是___直接接触式___、_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．热计算的两种基本方程式是_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，避免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）

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， W min 则依赖于

换热器的运行条件，因此， KA/W min 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）定义为传热单元数NTU 2. 热交换器计算方法的优缺点比较？

1）对于设计性热计算，采用平均温差法可以通过Ψ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 是已知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。

()()()()max min min h h h c c c h c h c W t t W t t q

q W t t W t t ε''''''--≡==''''--

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10℃加热到60℃，空气与蒸汽逆流，其比热为(kg ℃),加热蒸汽系压力为P=,温度为150℃的过热蒸汽，在热交换器中被冷却为该压力下90℃的过冷水，试求其平均温差。（附：饱和压力为,饱和蒸汽焓为kg ，饱和水焓为kg.150℃时，水的饱和温度为133℃，过热蒸汽焓为2768 KJ/kg ，90时，过冷水的焓为377 KJ/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Q3

Q=M 2C 2(t "2-t '2)=5××50＝255KJ/s ；

根据热平衡蒸汽耗量M 1=Q/(i '1-i "1)=255/(2768-377)=s

因为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 1= M 1(i '1-i ’)=×= KJ/s Q 2= M 1(i ’-i ”)=× KJ/s

Q 3= M 1(i ”-i "

1)=×= KJ/s

因为Q 3＝M 2C 2(t b -t '2)，可得t b ＝(5×+10=℃ 因为Q2+ Q3＝M 2C 2(t a -t '2),可得t a ＝(5×+10=59℃

△t1=[(150-60)-(133-59)]/ln[(150-60)/(133-59)]=81.7℃ △t2=[-(133-59)] /ln[/(133-59)]=94.725℃ △t3=[(90-10)-]/ ln[(90-10)/ ]=98.212 ℃

总的平均温差为：△tm=Q/(Q1/△t1+ Q2/△t2+ Q3/△t3) =255/++ ℃

=94.8℃

沿换热器流程温度示意图如下：

2.在一传热面积为15.8m 2,逆流套管式换热器中，用油加热冷水，油的流量为2.85kg/s ，进口温度为110℃,水的流量为0.667kg/s ，进口温度为35℃,油和水的平均比热分别为kg?℃和kg ?℃,换热器的总传热系数为320W/m2?℃,求水的出口温度？ 解：W 1==5415W/ ℃ W 2==2788W/ ℃

因此冷水为最小热容值流体

单元数为

525

.05415

2788

max min ===W W R c 8.12788

8

.15320min =⨯==

W KF NTU