热交换器知识点

绪论：一、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说，套管式换热器金属耗量多，体积大，占地面积大，多用于传热面积不大的换热器。8)传热的三种基本方式是_导热__、____对流__、和辐射_。9)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_。10)采用短管换热，由于有入口效应，边界层变薄，换热得到强化。11)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。12)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，其黏度减小13)热计算的两种基本方程式是_传热方程式__和热平衡式_。14)对于传热温差，采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。15)当流体比热变化较大时，平均温差常常要进行分段计算。16)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。17)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。18)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。19)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20)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。21)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。22)管子在管板的固定，通常采用胀管法和焊接法23)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。24)如果需要增强换热常采用等边三角形排列（正六角形排列）法，为了便于清洗污垢，多采用正方形排列。同心圆排列法使得管板的划线、制造和装配比较困难。25)为了增加单位体积的换热面积，常采用小管径的换热管26)为了提高壳程流体的流速和湍流强度，强化流体的传热，在管外空间常装设纵向隔板和折流板。27)折流板的安装和固定通过拉杆和定距管28)壳程换热公式Jo=jHjcjljbjsjr，其中jb表示管束旁通影响的校正因子，j1表示折流板泄漏影响的校正因子。jc表示折流板缺口的校正因子29)管壳式换热器理想壳程管束阻力包括理想错流段阻力和理想缺口段阻力。30)管壳式换热器的实际阻力要考虑折流板泄漏造成的影响R1，旁路所造成的影响Rb,和进出口段折流板间距不同对阻力影响Rs31)在廷克流动模型中ABCDE5股流体中，真正横向流过管束的流路为B股流体,D股流体折流板与壳体内壁存在间隙而形成的漏流,设置旁路挡板可以改善C流路对传热的不利影响32)若两流体温差较大，宜使传热系数大的流体走壳程，使管壁和壳壁温差减小。33)在流程的选择上，不洁净和易结垢的流体宜走管程，因管内清洗方便。被冷却的流体宜走壳程，便于散热，腐蚀性流体宜走管程，流量小或粘度大的流体宜走壳程，因折流档板的作用可使在低雷诺数(Re＞100)下即可达到湍流。34)采用小管径换热器，单位体积传热面积增大、结构紧凑、金属耗量减少、传热系数提高35)流体诱发振动的原因是涡流脱落，湍流抖振和流体弹性旋转36)减小管子的支撑跨距能增加管子固有频率，在弓形折流板缺口处不排管，将减小管子的支撑跨距37)蒸发器的三种温降分别为物理化学温降，静压温降和流动阻力温降38)热交换器单位体积中所含的传热面积的大小大于等于700m2/m3，为紧凑式换热器39)通常采用二次表面来增加传热表面积，或把管状的换热器改为板状表面，40)螺旋板式热交换器的构造包括螺旋型传热板、隔板、头盖和连接管41)螺旋板式换热器的螺旋板一侧表面上有定距柱，它的作用主要是保持流道的间距、加强湍流和增加螺旋板刚度。42)在Ⅲ型螺旋板式热交换器中：一侧流体螺旋流动，流体由周边转到中心，然后再转到另一周边流出。另一侧流体只作（轴向流动），适用于有相变流体换热43)板式换热器按构造可以划分为可拆卸、全焊式和串焊式44)可拆卸板式换热器结构由传热板片，密封垫片，压紧装置和定位装置组成45)板翅式换热器由隔板、翅片、封条基本单元和导流片和封头组成二、简答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，我们将q/qmax定义为换热器的效能，并用ε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Ψ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。而平均温差法的假设温度直接用于计算Q值，显然ε-NTU法对假设温度没有平均温差法敏感，这是该方法的优势。3.比较沉浸式换热器、喷淋式换热器、套管式换热器和管壳式换热器的优缺点。⑴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⑵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⑶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，金属耗量缺点多，体积大，占地面积大，多用于传热面积不大的换热器。⑷管壳式换热器：优点：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4.试分析廷克流动模型各个流路及其意义答：(1)流路A，由于管子与折流板上的管孔间存在间隙，而折流板前后又存在压差所造成的泄漏，它随着外管壁的结垢而减少。(2)流路B，这是真正横向流过管束的流路，它是对传热和阻力影响最大的一项。(3)流路C，管束最外层管子与壳体间存在间隙而产生的旁路，此旁路流量可达相当大的数值。设置旁路挡板，可改善此流路对传热的不利影响。(4)流路D，由于折流板和壳体内壁间存在一定间隙所形成的漏流，它不但对传热不利，而且会使温度发生相当大的畸变，特别在层流流动时，此流路可达相当大的数值。(5)流路E，对于多管程，因为安置分程隔板，而使壳程形成了不为管子所占据的通道，若用来形成多管程的隔板设置在主横向流的方向上，他将会造成一股（或多股）旁路。此时，若在旁通走廊中设置一定量的挡管，可以得到一定的改善。5.管束振动的预测和预防。a)降低壳侧的流速。假如壳侧流量不变，可以增大管距。b)增加管子的固有频率。管子的固有频率与支撑跨距的平方成反比，因而减少管子的支撑跨距是增加管子固有频率最有效的方法。c)提高声振频率。在壳体内插入减振板，使其宽度方向与横流方向平行而其长度方向与管子轴线平行，这样可提高声振频率，使它与涡流脱落以及湍流抖动的频率不一致。d)从结构上，增加折流板或中间支持板的厚度，当孔的间隙一定时，能减轻对管子的剪切作用并增加系统的阻尼。三、说明下列换热器的型号说明下列换热器的型号1)BEM600-2.0/1.5-250-5/19-4Ⅰ:固定管板式换热器：前端管箱为封头管箱，壳体型式为单壳程，后端管箱为封头管箱，公称直径600mm，管程压力为2.0Mpa,壳程压力为1.5Mpa，公称换热面积250m2,管长为5m，管外径为19mm，4管程，Ⅰ级管束，较高级冷拔钢管。2):固定管板式换热器：前端管箱为封头管箱，壳体型式为单壳程，后端管箱为封头管箱，公称直径800mm，管程压力为2.0Mpa,壳程压力为1.0Mpa，公称换热面积254m2,管长为6m，管外径为19mm，4管程，铜管。3)BIU500-4.0/1.6-75-6/19-2Ⅰ:U型管式换热器：前端管箱为封头管箱，中间壳体为U型管式，后端为U型管束。公称直径500mm，管程压力为4.0Mpa,壳程压力为1.6Mpa，公称换热面积75m2,管长为6m，管外径为19mm，2管程Ⅰ级管束，较高级冷拔钢管。4)AES500-1.6-54-6/25-4Ι:平盖管箱，公称直径500mm,管程和壳程的设计压力均为1.6MPa，25公称换热面积为54m2,碳素钢较高级冷拔换热管外径25mm，管长6m，4管程，单壳程的浮头式热交换器。Ⅰ级管束，较高级冷拔钢管。1、流体在热交换器内流动空间的选择原则：1)要尽量提高使传热系数受到限制的那一侧的换热系数，使传热面两侧的传热条件尽量接近；2)尽量节省金属材料，特别是贵重材料，以降低制造成本；3)要便于清洗积垢，以保证运行可靠；4)在温度较高的热交换器中应减少热损失，而在制冷设备中则应减少冷量损失；5)要减少壳体和管子因受热不同而产生的温度应力，以便使结构得到简化；6)在高压下工作的热交换器，应尽量使密封简单而可靠；7)要便于流体的流入、分配和排出。2、流体诱发振动的原因：1)热交换器的管束属于弹性体，被流过的流体扰动，离开其平衡位置，管子产生振动，这种振动称为流动引起的振动。实际上每台热交换器在工作时都有或多或少的振动，其振源可能是壳侧或管侧流体所引起的振动；流体流速的波动或脉动引起的振动；通过管道或支架传播的动力机械振动等等。有时振源可能较多，而其中的一个或几个可能是激起振动的主要根源。有的振源，相对来说容易预测，而流体诱发的振动却比较难以预计。二、名词解释1.卡路里温度:对于油类或其他高粘度流体，对于加热或冷却过程中粘度发生很大变化，若采用流体进出口温度的算术平均温度作为定性温度，往往会使换热系数的数值有很大误差，虽然可以分段计算，但是工作量较大，工业上常采用卡路里温度作为定性温度。热流体的平均温度冷流体的平均温度壳侧流体被管侧的水冷却时Fc=0.3壳侧流体被管程的水蒸气加热时Fc=0.55壳侧和管侧均为油时Fc=0.45粘度在10-3Pa•s以下的低粘性液体Fc=0.52.布管限定圆:热交换器的管束外缘受壳体内径的限制，因此在设计时要将管束外缘置于布管限定圆之布管限定圆内，布管限定圆直径Dl大小为浮头式：DL=Di-2(b1+b2+b3)固定板或U型管式DL=Di-2b33.热混合：为了使换热器更好地满足传热和压力降的要求，传热流体流经混合板流道就相当于其单独流过这两种倾角的板片各自组成的流道后再混合，所以此种组合而成的板式热交换器在性能上体现了一种“热混合”采用方法：⑴每两种波纹倾角不同的人字形板片相叠组装成一台板式热交换器⑵各自分段采用波纹倾角不同的人字形板片组装成一台板式热交换器⑶将流道数分段组装，进一步实现热混合4.翅片效率：表示了翅片的实际传热量（在翅片表面平均温度tm下）和理想的最大可能传热量（在翅根温度tw下）之比。5.污垢系数：热交换面水侧积聚污垢所造成的热阻。6.热管携带极限：热管中的蒸汽与液体的流动方向相反，在交界面上二者相互作用，有阻止对方流动的趋势。当蒸汽速度高到把液体上的液体剪