换热器原理

1. 按传热过程分类,换热器有几类?各自的特点是什么?
(1)直接接触式换热器，也叫混合式换热器
(2)周期流动式换热器，也称蓄热式换热器，借助于由固体制成的蓄热体交替地与热流体和冷流体接触。
优点：① ~③ P2
主要缺点：①②P2
(3)间壁式换热器，也称表面式换热器，冷热流体被一个固体壁面隔开，互不接触，热量通过固体壁面传递。应用最多
(4)液体耦合间接式换热器：
系统由两台间壁式换热器组成，通过某种传热介质(如水或液态金属)的循环耦合在一起。
主要优点：①② P4

2. 换热器常用哪些材料制造?
金属材料换热器：碳钢、不锈钢、铝、铜、镍及其合金等
非金属材料换热器：石墨、工程塑料、玻璃、陶瓷换热器等。
稀有金属换热器可解决高温、强腐蚀等换热问题，但材料价格昂贵使应用范围受到限制。钛应用较，钽、锆等应用较少。

3. 对腐蚀性介质,可选用什么材料换热器?
非金属材料换热器：石墨、工程塑料、玻璃、陶瓷换热器等

4. 管壳式换热器特点，常用类型？
优点：管壳式换热器具有易于制造、成本较低、清洗方便、适应性强、处理量大、工作可靠以及选材范围广等特点,且能适用于高温高压的工况。缺点：存在壳程流动死区、壳程压力损失较大、容易结垢以及容易发生管束诱导振动等


5. 间壁式换热器的特点,常用有哪些类型?
P2 – P3

6. 对两种流体参与换热的间壁式换热器,其基本流动式有哪几种?说明流动形式对换热器热力工作性能的影响.
(1)顺流式或称并流式，其内冷、热两种流体平行地向着同一方向流动.
(2)逆流式，两种流体也是平行流动，但它们的流动方向相反。
(3)叉流式或称错流式，两种流体的流动方向互相垂直交叉.
(4)混流式，两种流体在流动过程中既有顺流部分，又有逆流部分。当冷、热流体交叉次数在四次以上时，可根据两种流体流向的总趋势，将其看成逆流或顺流.
顺流和逆流可以看作是两个极端情况。在进出口温度相同的条件下，逆流的平均温差最大，顺流的平均温差最小。

7. 间壁式换热器的总传热热阻由几项组成?从热阻的角度考虑,理论上如何强化间壁式换热器的传热?
P11① ～④ ;平壁:增加A、采用导热系数高的材料、减小平壁厚度;圆管:增加圆管壁长度、采用导热系数高的材料、
1.理论提高K值的途径(加大传热系数)
(1)提高传热面两侧的换热系数；(2)避免或减轻污垢积聚；(3)选用导热性能良好的材料作传热壁面并尽量减薄其厚度。
(2) 加大平均温差:尽量采取近于逆流的传热方式; 提高热流体温度或降低冷流体温度
(3) 采用高效能传热面

8. 用对数平均温差法,效率-传热单元数法进行传热计算.

9. 温度变化对流体物性参数的影响,如何修正.
?
10. 已知冷、热流体进口温度分别为t1、t2,出口温度分别为t’1,t’2,画出顺流、逆流换热时冷热流体温度的变化曲线,写出顺流、逆流的对数平均温差计算公式,并比较对数平均温差法和效能=传热单元数法.

11. 简述翅片效率的物理意义,并说明翅高、翅片导热系数、翅片厚度和对流传热系数对翅片效率的影响.
翅片效率为实际传热热流量与理想状况下最大传热热流量之比，即hf=F/Ft。
?
12. 试述翅片效率和表面效率的关系和区别.
有效传热面积与总传热面积之比称为表面效率h0 ，h0=Aef/A; 表面效率h0取决于翅片和基壁的结构参数及翅片效率。翅片效率与流体对翅片表面的传热系数、翅片形状、翅片材料的导热系数有关。翅片效率为实际传热热流量与理想状况下最大传热热流量之比，即hf=F/Ft。
13. 对两流体换热器,为什么要进行与温度有关的物性影响修正?对气体和液体,进行修正时考虑因素有何不同?
P35
14. 板翅式换热器的作用、结构形式、特点和应用,高度和厚度的确定.\
(1).板翅式换热器的主要优点是：
传热能力强；结构紧凑；轻巧牢固；工作适应性广。
(2).板翅式换热器的主要缺点是：
结构复杂，造价高；流道小、易阻塞；要求介质对所采用的金属无腐蚀性。
(3).构造
基本元件由隔板、翅片及封条等组成。相邻两隔板之间放置翅片和封条，组成一个夹层，构成通道。由一定数量的通道按一定方式排列在一起的组件，即是板束。将单个或多个板束根据流体的不同流动形式叠置起来钎焊成整体，便组成芯体。芯体配以必要的封头、接管和支承就组成了板翅式换热器
15. 简述如何计算板翅式换热器的压力损失,定性说明各部分压力损失形成的原因.(P60)
(1).进口压力损失
流体由截面1-1流入截面a-a时的压力损失由两部分组成：①由于面积收缩，流体的动能增加引起的压力损失，压力变化可逆，即当截面由小变大时，可使压力增加。②由于突缩段不可逆自由膨胀引起的压力降低。
通常密度作常数，流体动能增加量为：式(3-45)
进口压力损失：式(3-46)
应用连续方程、质量流速和比体积，经化简得：式(3-48)
(2).出口压力回升
流体由截面b-b到截面2-2的出口压力回升，分成两部分：①由于流动截面积变化引起的压力升高，不考虑摩擦；②由于突扩段不可逆自由膨胀和动量变化引起的压力损失。式(3-49)、 (3-50)

16. 板翅式换热器导流片的作用
导流片的作用：汇集或分配流体，便于封头布置和均布流入通道的流体，其结构与多孔型

翅片相同，仅尺寸稍大而已。
17. 简述板式换热器的基本构造.板式换热器板片形状、特点和应用.
(1)板式换热器的基本构造：
板式换热器的整体结构包括板片组合体和框架结构两部分。固定压紧板、活动压紧板、导杆、螺柱、螺母及前支杆可统称为板式换热器的框架；众多的板片、垫片可称为板束。
板片一般由0.6～0.8mm的金属板压制成波纹状，波纹板片上贴有密封垫圈。板片按设计的数量和顺序安放在固定压紧板和活动压紧板之间，然后用压紧螺柱和螺母压紧，上、下导杆起着定位和导向作用。
垫片作用：密封，流体在板间流动的导向作用。
(2) 板片形状：人字形板-----人字形板的断面形状常为三角形，人字形之间夹角通常为120°。组装时，每相邻两板片是相互倒置的，从而形成网状触点，并使通道中流体形成网状流。流体从板片一端的一个角孔流入，可从另一端同一侧的角孔流出(称为单边流)，或另一端另一侧的角孔流出(称为对角流)，如图3-45(b)。 特点，应用
水平平直波纹板----为一种断面形状为等腰三角形的水平平直波纹板。还有有褶的三角形波纹和阶梯形波纹
混合b人字板(热混合板)---- 有大人字角(H板片)和小人字角(L板片)两种，将H板片和L板片相间组装或分段组装，称M板片
18. 板式换热器的最高工作温度、最高工作压力受那些因素的影响?
板式换热器最高使用温度取决于密封圈的耐热性能，最大使用压力取决于密封圈的材质和断面形状; 板式换热器使用的最大压力取决于板面结构、材质、厚度、密封系统及压紧装置的强度。
19. 如何定义管壳式换热器的管程、壳程?是画出1-2、2-4型换热器的示意图,并表明冷热流体的流向.假设冷流体走管程,冷热流体按顺序流或逆流流动.
(1) 管程、壳程：管内通道部分统称管程，管外面与壳体内表面之间的通道部分统称为壳程。在管内流动的流体从管子的一端流到另一端称为一个管程；在管外流动的流体从壳体的一端流到另一端称为一个壳程。




（a）二壳程四管程；
（b）三壳程六管程





20. 管壳式换热器横向折流板有何作用?
折流板或支承板（为横向挡板）的作用：可以提高管外流体的流速，并可使流体充分流经管面，改善流体对管子的冲刷角度，从而提高壳侧的换热系数，同时还可以起支承管束的作用。

21. 间断型翅片管式换热器强化传热原理.
P117
22. 翅片管式换

热器翅片的常用形式、特点.
(1).平翅片：主要通过增大换热面积来达到强化传热的效果，平翅片结构简单，易于加工，应用最早和最广泛的翅片结构。
(2)．间断型翅片
在平翅片表面开孔、开槽，使其表面结构改变的翅片称为间断型翅片。如条缝形翅片、槽形翅片、百叶窗形翅片、穿孔形翅片等。
(3)．波纹翅片:
(4)．齿形螺旋翅片
先将带材进行间隙局部切割，绕制时被切割部分自然分开，形成齿轮形状。
加强了气流的扰动并破坏了边界层的发展。
(5)．椭圆管翅片
椭圆形管束的流动阻力要比相应圆管管束的小，表面传热系数增大。

23. 蓄热式换热器有几种类型,各自蓄热体由什么构成?
蓄热式换热器分为移动床型和周期变换型两大类。前者蓄热体由流动的固体颗粒构成，后者多由耐火材料、金属板、网等构成。

24. 电厂中常用的冷却塔是何形式?如何实现空气的流动?他的结构主要包括哪几部分以及各部分的作用
发电厂多采用逆流式自然通风冷却塔。利用塔内外空气的密度差所造成的通风抽力来实现塔内空气的流动。
淋水装置
作用：使进入冷却塔的热水尽可能地形成细小的水滴或薄的水膜以增加与空气的接触面积和接触时间，以利于水和空气的热、质交换，是冷却塔的重要组成部分。组成淋水装置的元件叫填料。
根据水在淋水装置中的形态，分为点滴式、薄膜式和点滴薄膜式淋水装置三类。
配水系统
作用：把热水均匀地分布于整个淋水装置的表面上，以充分发挥淋水装置的作用，保证达到预期的冷却效果。同时要求配水系统的动力消耗尽量少，维护管理和水量调节方便和具有较小的通风阻力。配水系统分为管式、槽式和池式三种。
通风筒
自然通风冷却塔一般10～150m，有的达150m以上。机械通风冷却塔的风筒一般在10m左右，包括风机的进风口和上部的扩散筒。
收水器
空气流过淋水装置和配水系统后，携带许多细小的水滴，在空气排出冷却塔之前通常用收水器回收部分水滴，以减少冷却水的损失。
空气分配装置
作用：保证空气沿冷却塔断面上均匀分配。空气分配装置的主要部分是进风口，有时装有导风板。

25. 空调系统中常用的冷却塔是何形式?他的结构主要包括哪几部分以及各部分的作用
?
26. 蒸发器的作用是什么?按供液方式的不同，蒸发器可分为哪几类？简述各自的特点和应用的场合。
作用:蒸发器是一种吸热设备,吸收被冷却物体或空间所散发的热量,达到制冷的目的.
P131
27. 满液式蒸发器与非满液式蒸发器有几种型式？各有何缺点？各适应于何种场合？
P131
28. 比较干式壳管式蒸发

器和卧式壳管冷凝器的结构和流动方式。
干式壳管式蒸发器实际卜就是管内蒸发的卧式壳管式蒸发器。它的结构与卧式壳管式蒸发器很相似，但工作过程却完全不一样。在卧式壳管式蒸发器中，制冷剂的液体在管内蒸发，而液体载冷剂(水或盐水)在管外被冷却。为了增加管外载冷剂的流动速度，在壳体内横跨管簇装设折流板。折流板多做成圆缺形，而且缺口是上下相间装配。干式壳管式蒸发器属非满液式蒸发器，制冷剂在管侧蒸发，载冷剂在壳侧被冷却，壳侧一般装有折流板。

29. 制冷系统中，循环的制冷剂含有润滑油对管内沸腾换热有何影响？
制冷剂含有润滑油质量分数一般为0.2％～10％
对能与润滑油互溶的R12和R22，对流表面传热系数增大；对制冷剂和矿物油不互溶的氨(R717)，使换热明显恶化，对流表面传热系数下降约30％。

30. 试解释干式冷却和析湿冷却，析湿系数和接触系数。
等湿(干式)冷却：冷表面的温度高于进口空气的露点温度，空气中含有的水蒸气不会凝结，空气在含湿量不变的情况下得到冷却。空冷器空气侧的换热属于无相变换热。
析湿冷却：如果冷表面的温度低于进口空气的露点温度，空气中的水蒸气就会凝结而从空气中析出，在冷表面形成水膜，此时空气的温度和含湿量同时下降。夏天空气流经表面式空冷器的蒸发器时，一般都是析湿冷却过程。空气流经蒸发器时状态的变化用h-d图来表示
空气冷却器的总热交换热流量与显热交换热流量之比称为析湿系数.
实际情况下的换热热流量F与理想情况下的换热热流量Fmax之比值被称为接触系数(或称表面冷却效率).
31. 蒸发器表面结霜时对换热有何影响，为什么？
P148
31冷却液体型干式壳管式蒸发器中载冷剂侧流动阻力由哪几项组成？各项阻力如何计算？
(1)管外载冷剂侧流动阻力
管外流体阻力由流经进、出口管接头的阻力、流经折流板缺口的阻力、与管平行流动的阻力和横掠管束的阻力等四部分组成。
(2)管内制冷剂侧流动阻力
制冷剂在管内流动时，阻力由沿程阻力和局部阻力两部分组成
P158
32冷凝器的作用是什么？按冷却剂的种类，冷凝器可分为哪几类？
作用:P170
冷凝器按冷却介质和冷却方式，可以分为水冷式、空气冷却式(或称风冷式)和蒸发式三种类型

33常用水冷式冷凝器有几种型式？各有什么特点？主要用于何种场合？
水冷式冷凝器
冷却水可用天然水、自来水或经冷却水塔冷却后的循环水。耗水量不大的小型装置可使用自来水，大、中型装置可使用循环水。目前制冷装置中大多采用水冷式冷凝器。
1.卧式壳管式冷凝器

冷凝器的管程数一般为偶数，冷却水的进、出口就可以设在同一个端盖上，而且冷却水从下面流进，上面流出。
卧式壳管式氨冷凝器通常采用f25～f38的无缝钢管，
氟利昂冷凝器可用无缝钢管(一般f25以上)，也可用滚压翅片铜管。
优点：；缺点：
应用：广泛用于大、中、小型氨或氟利昂制冷装置中。
2.立式壳管式冷凝器
应用：只用于大、中型氨制冷装置。
导流管嘴作用：使冷却水均匀地分配到每根钢管。
立式壳管式冷凝器管一般用f50的无缝钢管。
优点：；缺点：
3．套管式冷凝器
结构：由两种不同管径的管子制成，将单根或多根小直径管套在大直径的管内，然后绕成蛇形管式或螺旋形。图5-3为具有三根小管的套管式冷凝器。
优点：；缺点：。
应用：广泛用于小于25 kW的小型空调器机组中；用于氟利昂机组时，内管常用滚压翅片铜管


34风冷式冷凝器的特点？应用场合?蒸发式冷凝器的特点？应用场合？
空气冷却式冷凝器,又称风冷式冷凝器，只适用于冷凝压力较低的制冷剂。优点：不需要冷却水，特别适用于缺水地区或供水困难的地方。多用于小型氟利昂制冷装置中，多为蛇形管式，制冷剂蒸气在管内冷凝，空气在管外流过。
根据空气流动的方式，又分为：
(1).自然对流空气冷却式冷凝器
依靠空气受热后产生的自然对流，将制冷剂冷凝放出的热量带走。
自然对流空气冷却式冷凝器，传热系数很小，为5～10 W/(m2×K)，不需要风机，能耗小，噪声低。主要用于家用冰箱和微型制冷装置。
(2)．强迫对流空气冷却式冷凝器
制冷剂蒸气由上部分配集管进入蛇形管，冷凝后的液体沿管子向下流动而汇集在集液管中。空气在轴流风机作用下，从管外流过。空冷式冷凝器空气侧的表面传热系数较小，一般为35~81 W/(m2×K)。
蒸发式冷凝器
制冷剂蒸气在管内冷凝，冷凝时放出的热量同时被水和空气带走.蒸发式冷凝器基本上是利用水的汽化潜热，带走制冷剂蒸气冷凝过程放出的冷凝热量。冷却水的用量要比水冷式冷凝器少得多。特别适用于缺水区，气候干燥地区更为有效。蒸发式冷凝器通常装在屋顶上，不占地面和厂房面积。

35简述吸液芯热管的工作原理、组成。其工作循环有几个工作过程组成？沿壳体轴心可分为几个工作段？
工作原理：
热量是由饱和蒸气传递的，所以热管一般近乎等温；热管是利用工质的相变进行热量传递，比任何金属的传热能力都要大得多。普通热管由管壳、起毛细管作用的多孔结构物——吸液芯以及传递热能的工质所构成，吸液芯牢固地贴附在管壳内壁上，并被工质所浸透。热管自身形

成一个高真空封闭系统。
沿轴向可将热管分为三段，即蒸发段、冷凝段和绝热段。

36按冷凝器回流方式，热管可分为几类？各自的工作原理。
2.按冷凝液的回流方式，应用最广的两种热管为
①普通热管：冷凝液靠吸液芯的毛细力作用返回蒸发端；
②重力辅助热管：冷凝液靠重力作用返回蒸发端，传热有单向性。
还有旋转热管、电流体动力热管、磁流体动力热管及渗透热管等多种形式。
37在热管设计时，对热管的管壳有哪些基本的要求？
P212
38从热源经过热管直到冷源的整个传热体系包括几个传热过程？利用热阻的概念，说明哪些过程的热阻是主要的，哪些过程的热阻可以忽略？
P218