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1、换热器原理与设计复习重点Prepared on 22 November 20201. 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I说，套管式换热器金
2、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
3、管式换热器和管壳式换热器的优缺点(1)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(3)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。管壳式换热器：优点
4、：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受垫对流、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。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，其黏度减热计算的两种基本方程式是传热方程式和热平衡式_。对于传热温差，采
5、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，我三g =吒T：） = W （，Q q Wtr-tr） W （tf -1f）max min h cmin h c们将q/qmax定义为换热器的效能，并用
6、表示，即 换热器效能公式中的KA依赖于换热器的设计，Wmin则依赖于换热器的运行条件，因 此，KA/Wmin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NTU2. 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W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
7、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。1甫一蒸汽加热空气的热交换器，它将流量为5kg/s的空气从10C加热到60笆，空气与 蒸汽逆流，其比热为(kgC)热蒸汽系压力为=,温度为150C的过热蒸泠 在热交换 器中被冷却为该压力下90C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.150C时，水的饱和温度为133C，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
8、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Q3Q=M2C2(t;-t2)=5xx50 二 255KJ/s ；根据热平衡蒸汽耗量 M1=Q/(i 1 -i; )=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。Q1= M(i1-i)=x= KJ/sQ2= M(i-i”)=x KJ/sQ3= M(i”-i;)=x= KJ/s因为 Q3 = M2C2(tb-t2),可得 =(5x+10=C因为 Q2+ Q3 = M2C2(ta-t2),可得 ta =(5x+1
9、0=59C t1=(150-60)-(133-59)/ln(150-60)/(133-59)=81.7Ct2=-(133-59)/ln/(133-59)=94.725Ct3=(90-10)-/ ln(90-10)/ =98.212 C总的平均温差为：tm=Q/(Q1/t1+ Q2/t2+ Q3/t3)=255/+ C=94.8 C沿换热器流程温度示意图如下:2. 在一传热面积为15.8皿，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罗冰的流量为0.667kg/s，进口温度为35C。,油和水的平均比热分别为 kg和 kg C。,换热器的总传热系数为320W/m
10、2C,求水的出口温度解：W1=5415W/ CW2=2788W/ CWmin =27885415=0.525max因此冷单元数为效能数为NTUKFWmin320 x 15.8 | o= 1.82788水为最小热容值流体所以：3、一换热器用100C的水蒸汽将一定流量的油从20C加热到80C。现将油的流量增大 一倍，其它条件不变，问油的出口温度变为多少-ntu解：根据题意，相比较水蒸气换热为相变换热的流体，油为热容值小的流体因此根据效能数和单元数的关系可得：e - NTU =0.258 = 1 一 e - ntu现将油的流量增大一倍，其它条件不变，单元数减小为原来的倍，因此e - NTU = 0.
11、250.5 = 0.5)_(-20)C5 可得c G 0.5侦-.)(100 - 20)C解得力c4. 某换热器用100C的饱和水蒸汽加热冷水。单台使用时，冷水的进口温度为10C,出口温度为306若保持水流量不变，将此种换热器五台串联使用，水的出口温度变为多少总换热量提高多少倍解：根据题意，将换热器增加为5台串联使用，将使得传热面积增大为原来的5倍，相比较水蒸气换热为相变换热的流体，水为热容值小的流体，因此因此根据效能数和单元数的关系 1 - eNTU可得：e-NTU 08现将传热面积增大为原来的5倍，单元数增大为原来的5倍，由于e - NTU 0.785 0.29效能数为(e)(t -10)
12、c r c 1 0.29(t -t) (100 - 10)Ch c水的出口温度为 t 73.9 C c根据热平衡式，对于冷水，热容值不变，温差增大的倍数为换热量增加的倍数：5. 用13笆水冷却从分馏器得到的80C的和蒸气。水流量为5kg/s,汽化潜* 395 kJ/kg,比热为kJ/kgC，传热系数为1140 W/m2C。试求使1 kg/s苯蒸气凝结并过 冷却到47C所需的传热面积(1)顺流；(2)逆流。解：根据题意(1) 顺流时：由于有相变传热，因此比热不同，需要分段计算平均传热温差。1) 在苯相变冷凝段：根据热平衡式，苯的放热量：Qln M 1r 1x 395 395kJ / $在相变段，
13、水吸收热为QlnQ = M C (tm -1) = 5 X 4.1868 x (tm -13 C) = 395 kJ / s ln 2 2 222十曰tm = 31.87C 可得2：平均温差为2)在苯冷却段 Q1 = M1C1(ts-t) = 1X1.758X (80C - 47C) = 58.014kJ / s在苯冷却段，水吸收热为Qiqt ” = 34.64C可得：2 平均温差为C = KA根据传热方程式：乂总的平均温差为tm/ Q395+ 58.014eA =m 2 = 8.01m 2可得 K t1140 x 10-3 x 49.6沿换热器流程温度示意图如下：(2) 逆流时：由于有相变传
14、热，因此比热不同，需要分段计算平均传热温差。1) 在苯冷却段在苯冷却段，Q吸收双矶-t1)=1X1-758x(80C-47C)=58.014kJ/s可得：tm = 15.77 C平均温差房Q = Mr = 1 x 395 = 395kJ / s=M C (t- tm) = 5 x 4.1868 x (t” -15.77C) = 395kJ /:2 2 2222) 在苯相变冷凝段：根据热平衡式，苯的放热量：在相变段，水吸收热为Q1n Q1可得：t = 34.63 Cn2平均温差为总的平均温差为根据传热方程Q： &芝堕痔匕C = 53.29C m Q Q=39558014可得Qin + q+t t
15、 54.25 *7.52沿换热器流程温度正意图如下：第二章1. 根据管壳式换热器类型和标准按其结构的不同一般可分为:固定管板式换热器、U型 管式换热器、浮头式换热器、和填料函式换热器等。2. 对于固定管板式换热器和U型管式换热器，固定管板式换热器适于管程走易于结垢的 流体3相对于各种类型的管壳式换热器固定管板式换热器不适于管程和壳程流体温差较大的 场合。4. 相对于各种类型的管壳式换热器，填料函式换热器不适用于易挥发、易燃、易爆、有 毒及贵重介质，使用温度受填料的物性限制。5 .管子在管板的固定，通常采用胀管法和焊接法6. 在管壳式换热器中，管子的排列方式常有等边三角形排列（正六角形排列）法、同心 圆排列法和正方形排列法排列法。7
