熱交換器原理與設(shè)計(jì)期末復(fù)習(xí)重點(diǎn)

1、熱交換器原理與設(shè)計(jì)題型：填空20%名詞解釋（包含換熱器型號(hào)表示法）20%簡(jiǎn)答10%計(jì)算（4題）50%0緒論熱交換器：將某種流體的熱量以一定的傳熱方式傳遞給他種 流體的設(shè)備。（2013-2014學(xué)年第二學(xué)期考題名詞解釋） 熱交換器的分類：按照熱流體與冷流體的流動(dòng)方向分為：順 流式、逆流式、錯(cuò)流式、混流式按照傳熱量的方法來分：間壁式、混合式、蓄熱式。（2013-2014 學(xué)年第二學(xué)期考題填空）1熱交換器計(jì)算的基本原理（計(jì)算題）熱容量（W M。：表示流體的溫度每改變 1 C時(shí)所需的熱量 溫度效率（P）：冷流體的實(shí)際吸熱量與最大可能的吸熱量的 比率（2013-2014學(xué)年第二學(xué)期考題名詞解釋）傳熱有效

2、度（£ ）：實(shí)際傳熱量Q與最大可能傳熱量 Q-之比2管殼式熱交換器管程：流體從管內(nèi)空間流過的流徑。殼程：流體從管外空間 流過的流徑。<1-2>型換熱器：殼程數(shù)為1,管程數(shù)為2臥式和立式 管殼式換熱器型號(hào)表示法（P43） （2013-2014學(xué)年第二學(xué)期考題名詞解釋）記：前端管箱型式：A 平蓋管箱 B封頭管箱殼體型式：E單程殼體F具有縱向隔板的雙程殼體 H-一雙分流后蓋結(jié)構(gòu)型式：P填料函式浮頭 S 鉤圈式浮頭U U形 管束管子在管板上的固定：脹管法和焊接法管子在管板上的排列：等邊三角形排列（或稱正六邊形排列） 法、同心圓排列法、正方形排列法，其中等邊三角形排列方 式是最合理

3、的排列方式。（2013-2014學(xué)年第二學(xué)期考題填 空）管殼式熱交換器的基本構(gòu)造：管板分程隔板縱向隔板、折流板、支持板擋板和旁路擋板防沖板產(chǎn)生流動(dòng)阻力的原因：流體具有黏性，流動(dòng)時(shí)存在著摩擦， 是產(chǎn)生流動(dòng)阻力的根源；固定的管壁或其他形狀的固體壁 面，促使流動(dòng)的流體內(nèi)部發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，為流動(dòng)阻力的產(chǎn)生 提供了條件。熱交換器中的流動(dòng)阻力：摩擦阻力和局部阻力管殼式熱交換器的管程阻力：沿程阻力、回彎阻力、進(jìn)出口連接管阻力管程、殼程內(nèi)流體的選擇的基本原則：（P74）管程流過的流體：容積流量小，不清潔、易結(jié)垢，壓力高，有腐蝕性，高溫流體或在低溫裝置中的低溫流體。（2013-2014 學(xué)年第二學(xué)期考題簡(jiǎn)答）殼程

4、流過的流體：容積容量大（特別是常壓下氣體），剛性結(jié)構(gòu)換熱器中換熱系數(shù)大的流體，高黏度流體，層流區(qū)流動(dòng)的 流體，飽和蒸汽管子直徑的選擇：總的趨向是采用小直徑管 優(yōu)點(diǎn)：傳熱增強(qiáng)， 單位體積傳熱面大，傳熱面一定時(shí)，可使管子長(zhǎng)度縮短缺點(diǎn)：流動(dòng)阻力增加，管數(shù)增加，管子與管板連接處的泄露的可能性增大，易積垢。選擇流速要盡量使流體呈湍流狀態(tài)3高效間壁式熱交換器緊湊性：指熱交換器的單位體積中所包含的傳熱面積大小，單位m2/m3板式熱交換器主要部件及作用：傳熱板片：使流體在低速下發(fā)生強(qiáng)烈湍流，以強(qiáng)化傳熱；提高板片剛度，能耐較高的壓力。密封墊片：防止流體的外漏和兩流體之間內(nèi)漏。壓緊裝置：將墊片壓緊，產(chǎn)生足夠的密封

5、力，使得熱交換器在工作時(shí)不發(fā)生泄漏，通過旋緊螺栓來產(chǎn)生壓緊力。板式熱交換器的型號(hào)表示法（P129）板翅式熱交換器的結(jié)構(gòu)基本單元是：隔板、翅片、封條。（2013-2014學(xué)年第二學(xué)期考題填空）翅片作用：擴(kuò)大傳熱面積，使換熱得以改善，承擔(dān)主要的傳 熱任務(wù)，加強(qiáng)兩隔板之間的作用。翅片的型號(hào)表示法（P141） （2013-2014學(xué)年第二學(xué)期考題名 詞解釋）翅片選擇基本原則：（2013-2014學(xué)年第二學(xué)期考題簡(jiǎn)答） 平直翅片：流體之間溫差較大；流體中含有固體懸浮物；傳 熱過程中有相變的冷凝、蒸發(fā)等情況。鋸齒形翅片：流體之間溫差較??；流體的粘度較大；傳熱過 程中有相變的冷凝、蒸發(fā)等情況；在空分設(shè)備中，

6、可逆式熱 交換器。多孔翅片：在空分設(shè)備中，冷凝蒸發(fā)器。翅化比（B ）:翅片管外表面積與光管內(nèi)表面積之比（P165） （2013-2014學(xué)年第二學(xué)期考題名詞解釋）熱管正常工作的2個(gè)條件：AP： APv+ AP1+ A Pg （文字 表述：毛細(xì)壓差應(yīng)能克服蒸汽從加熱段流向冷卻段的阻力、 冷凝液體從冷卻段回流到加熱段的阻力以及重力對(duì)液體流動(dòng) 的影響）熱管工況：蒸發(fā)段的飽和溫度僅稍高于冷凝段的飽和溫度， 此溫降小于1C2c即近乎等溫流動(dòng)時(shí)，被認(rèn)為是工作正常 熱管工作原理：工作時(shí)，蒸發(fā)段因受熱而使其毛細(xì)材料中的 工作液體蒸發(fā)，蒸汽流向冷凝段，在這里由于受到冷卻使蒸 汽凝結(jié)成液體，液體再沿多孔材料靠毛細(xì)

7、力的作用流回蒸發(fā) 段。如此循環(huán)不已，熱量由熱管一端傳至另一端。熱管工作特性：冷凝段，工作液在流動(dòng)方向上因有蒸汽不斷冷凝而增加；蒸發(fā)段，工作液在流動(dòng)方向上因不斷蒸發(fā)而減少；絕熱段，工作液保持不變熱管工作極限：黏性極限聲速極限攜帶極限毛細(xì)極限沸騰極限工作溫度低時(shí)，最易出現(xiàn)黏性極限及聲速極限，在高溫下則 應(yīng)防止出現(xiàn)毛細(xì)極限及沸騰極限。(2013-2014學(xué)年第二學(xué)期 考題填空)6.3傳熱強(qiáng)化增強(qiáng)傳熱的基本途徑：擴(kuò)展傳熱面積F加大傳熱溫差A(yù)t提高傳熱系數(shù)K計(jì)算題部分：1 .已知 ti =300C, ti =210C, t2 =100C, t2 =200 Co 試計(jì)算 下列流動(dòng)布置時(shí)換熱器的對(duì)數(shù)平均溫差

8、。(1)逆流布置；(2) 一次交叉，兩種流體均不混合；(3) 1-2型管殼式，熱流體在殼側(cè)；(4) 2-4型管殼式，熱流體在殼側(cè)；(5)順列布置。一 . ， ，解：(1) A tmax=t1 t 2 =210100=110 CAtmin=t1 t 2 =300200=100 CAt -奧- - "i0° - i nA 9口c- 一瞰叫/廣1叱9 C200-100300-100二3。二21。二 200-100'= 0.5由課本圖1.14查得(0=0.92At m=104.9 *0.92=96.5 C(3)由課本圖1.8查得，=0.85At m=104.9 X 0.85

9、=89.2 C(4)由課本圖1.11查得W=0.97At m=104.9 X 0.97=101.8 C(5) At max =t 1 t 2 =300100=200 CAt min =t 1 t 2 =210200=10 C八樂姓一山行凡200 -10入的為J;而漏=6340cmui2.1-2型管殼式換熱器，用 30 C的水來冷卻120c的熱油(c°=2100J/ (kg|K),冷卻水流量為 1.2kg/s ,油流量為 2kg/s , 設(shè)總傳熱系數(shù)K=275W/(n2K),傳熱面積A=20rm,試確定水與油各 自的出口溫度。解：取水的定壓質(zhì)量比熱 Cp=4200J/(kg |K),熱

10、油的熱容量 W=Mc0=2,2100=4200W/K,冷水的熱容量 W2=MCp=1.2 Y4200=5040W/K因而 W=Win, W=WaxNTU =叫nax啊42005040(慚3,KF叩minKA _ 275X20 %-4200一 1,匍,r = NTU7I+flJ = 1.31 X Jl + 0,832 = 1.7傳熱有效度£ =代入數(shù)據(jù)，得f =0.539(1+RJ+小+蹬(1+產(chǎn))他-丁)L* 窿JL 一上又因?yàn)?#163;二 千一上所以解得t i =71.5 C【或利用實(shí)際傳熱量 Q= t, 一 3dU''"、一，一，一"C一&#

11、163; Wn(t 1 -t 2 尸W1(t 1 -t 1 ),代入數(shù)據(jù)，解得 tl =71.5 C熱平衡關(guān)系 W1(t 1 -t 1尸W2(t 2 -t 2 ),即 4200(120-71.5)=5040 (t 2 -30),解得 12 =70.3 C所以水的出口溫度為70.3 C,油的出口溫度為71.5 C3.一臺(tái)逆流式水-水換熱器，t1 =87.5 C,流量為每小時(shí)9000kg,t2'=32C,流量為每小時(shí)13500kg，總傳熱系數(shù) K=1740W/(n2|K), 傳熱面積A=3.75m：試確定熱水的出口溫度。解：取水的定壓質(zhì)量比熱 Cp=4200J/( kg ?K)12熱水熱容

12、量；13500冷水熱容量J因而 W=Win, W=Wax%口 購10500K.二= 0 67% 315750KF KA 1740 X 3.75NTU = - = 0.62叱曲奶 10500_ 1 - exp-NTU(l - 7?c)£ = 1 _ & e辿_NTU(1 -_1-exp-0.62 X(l- 0.67)=1 - 0.67 X exp-0.62 X (1 - 0.67)=0.41flt- 87.5 者 工二 二二 041 n %，87.5 - 321*264.7 C【或利用實(shí)際傳熱量 Q=£ Win(t 1 -t 2尸W(t 1 -t 1 ),代入數(shù)據(jù),解

13、得 11 =64.7 C所以熱水的出口溫度為 64.7 o4.溫度為99 c的熱水進(jìn)入一個(gè)逆流型的熱交換器，將4 C的冷水加熱到32C,熱水流量為 9360kg/h ,冷水流量為4680kg/h ,傳熱系數(shù)為830W/ (m2?C),試計(jì)算該熱交換器的傳熱面積和傳熱有效度。水的比熱為 Cp=4186J/ (kg?C)936。解法一：；M .- ：_：r 二二，：二3600468C3600X 4186 = 5441,8W/ UW=Wax,W=WZin,R=VZin/Wnak4680/9360=0.5 ,32 4£ =-= 0.295r r99-4 t-X.£j又二 一 ._

14、:;1-RC exp-NTU(l-j?c)NTU=K=2.49m2038X0.5XX4186F=NTUWn/K=-830解法二：由熱平衡方程網(wǎng)1 -t 1 )=W(t 2 -t 2 ),代入數(shù)據(jù)，解得 t;=85 C逆流型換熱器的對(duì)數(shù)平均溫差為= 73.8。 I.【或者用算術(shù)平均溫差A(yù)t m=-( A t max+A t min)2傳熱量 Q=WA 12=5441.8 ：(32-4)=152370.4W=2.49m2Q _ 1523704Kitlm - B30X73.85.在一臺(tái)1-2型殼式換熱器中，管內(nèi)冷卻水從16c升高到35C, 管外空氣從119c下降到45C,空氣流量為19.6kg/min ,換熱 器總傳熱系數(shù)K=84W/(m2?K),試計(jì)算所需的傳熱面積。解：先按逆流算出對(duì)數(shù)平均溫差為84 29J t- 35 - 16匚二 二 51.721C，P =2 “ =0.184lmc . ,84、