换热器计算思考题及参考答案

换热器思考题

1. 什么叫顺流？什么叫逆流（P3）？

2.热交换器设计计算的主要内容有那些（P6）？

换热器设计计算包括以下四个方面的内容：热负荷计算、结构计算、流动阻力计算、强度计算。

热负荷计算：根据具体条件，如换热器类型、流体出口温度、流体压力降、流体物性、流体相变情况，计算出传热系数及所需换热面积

结构计算：根据换热器传热面积，计算热交换器主要部件的尺寸，如对管壳式换热器，确定其直径、长度、传热管的根数、壳体直径，隔板数及位置等。

流动阻力计算：确定流体压降是否在限定的范围内，如果超出允许的数值，必须更改换热器的某些尺寸或流体流速，目的为选择泵或风机提供依据。

强度计算：确定换热器各部件，尤其是受压部件(如壳体)的压力大小，检查其强度是否在允许的范围内。对高温高压换热器更应重视。尽量采用标准件和标准材料。

3. 传热基本公式中各量的物理意义是什么（P7）？

4. 流体在热交换器内流动，以平行流为例分析其温度变化特征（P9）？

5. 热交换器中流体在有横向混合、无横向混合、一次错流时的简化表示（P20）？

一次交叉流，两种流体各自不混合

一次交叉流，一种流体混合、另一种流体不混合

一次交叉流，两种流体均不混合

6. 在换热器热计算中, 平均温差法和传热单元法各有什么特点（P25、26）?

什么是温度交叉，它有什么危害，如何避免（P38、76）？

7．管壳式换热器的主要部件分类与代号（P42）？

8．管壳式换热器中的折流板的作用是什么，折流板的间距过大或过小有什么不利之处（P49～50）？

换热器安装折流挡板是为了提高壳程对流传热系数，为了获得良好的效果，折流挡板的尺寸和间距必须适当。对常用的圆缺形挡板，弓形切口过大或过小，都会产生流动“死区”，均不利于传热。一般弓形缺口高度与壳体内径之比为0.15～0.45，常采用0.20和0.25两种。

挡板的间距过大，就不能保证流体垂直流过管束，使流速减小，管外对流传热系数下降；间距过小不便于检修，流动阻力也大。一般取挡板间距为壳体内径的0.2～1.0倍，我国系列标准中采用的挡板间距为：固定管板式有150，300和600mm三种；浮头式有150，200，

300，480和600mm五种。

a.切除过少

b.切除适当

c.切除过多

9管壳式换热器中管程与壳程中流体的速度有什么差异（P292）？

管壳式换热器中管程流体的速度大于壳程中流体的速度。

10．板式换热器与管壳式换热器的比较，板式换热器有什么优点（P125～127）？

• 1）传热系数高：由于平板式换热器中板面有波纹或沟槽，可在低雷诺数（Re=200

左右）下即达到湍流。而且板片厚度又小，故传热系数大。例如水对水的传热系数可达1500~4700W/（m2.℃）。

•2）结构紧凑：一般板间距为4~6mm，单位体积设备可提供的传热面为250~1000m2/m3（列管式换热器只有40~150 m2/m3）。平板式换热器的金属消耗量可减少一半以上。

•3）具有可拆结构：可根据需要，用调节板片数目的方法增减传热面积。操作灵活性大，检修、清洗也都比较方便。

•平板式换热器的主要缺点是允许的操作压强和温度都比较低。通常操作压强低于

1.5Mpa，最高不超过

2.0Mpa，压强过高容易泄露。操作温度受垫片材料的耐热性限

制，一般不超过250℃。另外由于两板的间距仅几毫米，流通面积较小，流速又不大，处理量较小。

11．板翅式换热器的一次传热面、二次传热面、翅片效率、翅片壁面总效率（P146、147～150）

•板翅式换热器的结构形式很多，但是基本结构元件相同，即在两块平行的薄金属板之间，加入波纹状或其它形状的金属翅片，将两侧面封死，即成为一个换热基本元件。将各基本元件进行不同的叠积和适当的排列，并用钎焊固定，即可。

•板翅式换热器的优点是：结构高度紧密、轻巧、单位体积设备所提供的传热面一般能达到2500 m2/m3，最高可达4300 m2/m3。通常用铝合金制造，故重量轻，在相同的传热面下，其重量约为列管式的十分之一。由于翅片促进了流体的湍动并破坏了热边界层的发展，故其传热系数较高；另外铝合金不仅导热系数高，而且在零度以下操作时，其延性和抗拉强度都很高，适用于低温和超低温的场合，故操作范围广，可在200℃至绝对零度范围内使用。同时因翅片对隔板有支撑作用，板翅式换热器允许操作压强也比较高，可达5MPa。

•这种换热器的缺点是设备流道很小，易堵塞，且清洗和检修困难，故所处理的物料应较洁净或预先净制；另外由于隔板的翅片均由薄铝板制称成，故要求介质对铝不腐蚀。

•翅片作用：1、传热，有二次传热面之称；

• 2、强化单元结构。

•翅片形式主要有：平直翅片、波纹翅片、锯齿翅片、多孔翅片、条片翅片、钉状翅片。

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12．比较干式壳管式蒸发器和满液式壳管式蒸发器，各自的优点是什么？

干式壳管式蒸发器：换热管（管程）内走制冷剂，管外（壳程）为走水，换热形式为液体和气液混合物换热。体积大，这限制了机组制冷制热能力不能太大。干式蒸发器主要用于中小型机组（≤1500KW）。不能拆开清洗，只能用化学腐蚀方法清洗。

满液式壳管式蒸发器：换热管（管程）内走水，管外（壳程）为液态制冷剂，换热形式以液体和液体换热为主。体积小。因此单个换热器可以交换的热量更多。在大型螺杆式和离心式机组中均采用满液式（单机容量可达4000KW）。清洗只需将两端水箱和椭圆封头固定螺栓松开，即可方便进行清洗。

满液式蒸发器具有更高的传热效率，大大缩小了传热温差，使机组的效率提高了15%左右，大幅度降低了运行费用。

13．翅片管换热器中的翅片对传热与流体的影响有那些（P160～163）？

•翅片管换热器是在管的表面加装翅片制成，翅片与管表面的连接应紧密无间，否则连接处的接触热阻很大，影响传热效果。常用的连接方法有热套、镶钳、张力缠绕和焊接等方法。此外，翅片管也可采用整体轧制、整体铸造或机械加工等方法制造。

•当两种流体的对流传热系数相差较大时，在传热系数较小的一侧加翅片可以强化传热。例如用水蒸气加热空气，该过程的主要热阻是空气侧对流传热热阻。在空气侧加装翅片，可以起到强化换热器传热的效果。

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14．热管换热器的工作原理有什么优点（P178～179）？

•热管是60年代中期发展起来堵塞一种新型传热元件。它是由一根抽除不凝性气体