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1、换热器思考题1. 什么叫顺流？什么叫逆流（P3）？流动型式示意图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
2、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
3、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（P4950）？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0.150.45，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0.21.0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
4、，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（P125127）？ 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15004700W/（m2.）。 2）结构紧凑：一般板间距为46mm，单位体积设备可提供的传热面为2501000m2/m3（列管式换热器只有40150 m2/m3）。平板式换热器的金属消耗量
5、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、147150） 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
6、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，
7、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。 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
8、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（P160163）？ 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
9、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。14热管换热器的工作原理有什么优点（P178179）？ 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的密封金属管内充以一定量的某种工作液体而成。工作液体在热端吸收热量而沸腾汽化，产生的蒸汽流至冷端冷凝放出潜热，冷凝液回至热端，再次沸腾汽化。如此反复循环，热量不断从热端传至冷端。冷凝液的回流可以通过不同的方法（如毛细管作用、重力、离心力）来实现，目前应用最广的方法是奖具有毛细结构的吸液芯装
10、在管的内壁，利用毛细管的作用是冷凝液由冷端回流至热端。采用不同的工作液体（氨、水、汞等）。热管可以在很宽的温度范围内使用。 热管的传热特点是热管中的热量传递通过沸腾汽化、蒸汽流动和蒸汽冷凝三步进行，由于沸腾和冷凝的对流传热强度都很大，两端管表面比管截面大很多，而蒸汽流动阻力损失又较小，因此热管两端温差可以很小，即能在很小的温差下传递很大的热流量。与热管截面相同的金属壁面的导热能力比较，热管的导热能力可达最良好的金属导热体的103104倍。因此它特别适用于低温差传热以及某些等温性要求较高的场合。 热管热交换器优点如下： 1、传热效率高，特别对气气换热时，由于冷热两侧流体都可以在管外流动，两侧可加
11、翅片，强化传热。 2、压力损失小 3、结构紧凑 4维护费用少 15热管换热器中的工质回流方式有那些（P180181）？热管工质的工作循环的四个工作过程：1、液体的蒸发；2、蒸汽的流动；3、蒸汽的凝结；4、凝结液的回流。按液体回流物理力，热管可分为如下三种类型 1、吸液芯热管：主要由毛细抽吸力(表面张力)回流工作液。主要用于宇航中。 2、两相闭式热虹吸管或重力吸管：依靠重力回流工作液。 3、旋转吸管：依靠离心力回流工作液。蒸发式冷凝器 蒸发式冷凝器的换热主要是靠冷却水在空气中蒸发吸收气化潜热而进行的。按空气流动方式可分为吸入式和压送式 。 蒸发式冷凝器工作时，制冷剂蒸汽从上部进入蛇形管组，在管内
12、凝结放热并从下部出液管流入贮液器。而冷却水由循环水泵送到喷水器，从蛇形盘管组的正上方向盘管组的表面喷淋，通过管壁吸收管内冷凝热量而蒸发。设在箱体侧面或顶部的风机强迫空气自下而上掠过盘管，促进水的蒸发并带走蒸发的水分。16冷水塔的工作原理（P214216）？17 .举例说明如何强化换热器的换热效率。18. 举例说明制冷空调产品上强化传热采取的措施？19.强化传热系数的原则是什么?20.什么是有源强化换热(主动式强化换热)和无源强化换热(被动式强化换热)?21.怎样使用试验数据, 用威尔逊图解法求解传热过程分热阻?换热器计算思考题及参考答案 1、对于qm1c1qm2c2，qm1c1qm2c2，和q
13、m1c1=qm2c2三种情况，画出顺流与逆流时，冷、热流体温度沿流动方向的变化曲线，注意曲线的凹向和qmc的相对大小。解：逆流时：qm1c1qm2c2 qm1c1qm2c2 qm1c1=qm2c2qm1c1qm2c2 qm1c1qm2c2 qm1c1=qm2c2顺流时：2、对壳管式换热器来说，两种流体在下列情况下，何种走管内，何种走管外？ (1)清洁与不清洁的；(2)腐蚀性大与小的；(3)温度高与低的；(4)压力大与小的；(5)流量大与小的；(6)粘度大与小的。 答：(1)不清洁流体应在管内，因为壳侧清洗比较困难，而管内可定期折开端盖清洗；(2)腐蚀性大的流体走管内，因为更换管束的代价比更换壳
14、体要低，且如将腐蚀性强的流体置于壳侧，被腐蚀的不仅是壳体，还有管子；(3)温度低的流体置于壳侧，这样可以减小换热器散热损失；(4)压力大的流体置于管内，因为管侧耐压高，且低压流体置于壳侧时有利于减小阻力损；(5)流量大的流体放在管外，横向冲刷管束可使表面传热系数增加；(6)粘度大的流体放在管外，可使管外侧表面传热系数增加。 3、为强化一台冷油器的传热，有人用提高冷却水流速的办法，但发现效果并不显著c试分析原因。 答：冷油器中由于油的粘度较大，对流换热表面传热系数较小，占整个传热过程中热阻的主要部分，而冷却水的对流换热热阻较小，不占主导地位，因而用提高水速的方法，只能减小不占主导地位的水侧热阻，
15、故效果不显著。 4、有一台钢管换热器，热水在管内流动，空气在管束间作多次折流横向冲刷管束以冷却管内热水。有人提出，为提高冷却效果，采用管外加装肋片并将钢管换成铜管。请你评价这一方案的合理性。 答：该换热器管内为水的对流换热，管外为空气的对流换热，主要热阻在管外空气侧，因而在管外加装肋片可强化传热。注意到钢的导热系数虽然小于铜的，但该换热器中管壁导热热阻不是传热过程的主要热阻，因而无需将钢管换成铜管。 4、为了简化工程计算，将实际的复合换热突出一个主要矛盾来反映，将其次要因素加以适当考虑或忽略掉，试简述多孔建筑材料导热、房屋外墙内表面的总换热系数、锅炉炉膛高温烟气与水冷壁之间的换热等三种具体情况的主次矛盾。 答：通过多孔建筑物材料的导热,孔隙内虽有对流和辐射,但导热是主要的,所以热量传递按导热过程进行计算,孔隙中的对流和辐射的因素在导热系数中加以考虑。房屋外墙内表面
