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1.什么叫热交换器？ 在工程中，将某种流体的热量以一定的传热方式传递给他种流体的设备。 2.热交换器设计应该满足哪些基本要求？ 合理实现工艺要求。热交换强度高，热损失小，在有利的平均温差下工作 结构安全可靠。有与温度和压力条件相适应的不易遭到破坏的工艺结构 便于制造、安装、操作和维修。 经济上合理。保证较低的流动阻力，以减少热交换器的动力消耗 设备紧凑。 3.如何能做好全热交换器设计？ 与传热学的发展相互促进，不可分割 多学科交叉：传热学、流体力学、工程力学、材料科学 涉及设计方法、设备结构、测试技术、计算和优化技术等 对设计者来说，扎实的理论知识+经验 4.热交换器的类型有哪些？ 分类方法：按用途：预热器（加热器）、冷却器、冷凝器、蒸发器 。按制造材料：金属、陶瓷、塑料、石墨、玻璃等。按温度状况：温度工况稳定、温度工况不稳定。按冷热流体的流动方向：顺流式（并流式）、逆流式、错流式（叉流式）、混流式。按传送热量的方法：间壁式、混合式、蓄热式 5.热交换器的选型应考虑哪些因素？ 基本标准：流体类型、操作压力和温度、热负荷和费用等。对于一定热负荷热交换器的选型考虑因素：热交换器材质；操作压力与温度、温度变化情况、温度推动力；流量；流动方式；性能参数—热效率和压降；结构性；流体种类和相态；维护、检测、清洗、拓展、维修的可能性；总的经济性；加工制造技术；其它的用途 6.热交换器的设计计算包括哪些内容？热计算，结构计算，流 动阻力计算，强度计算。 7.名词解释 间壁式热交换器：两流体分别在一个固体壁面两侧流动，不直接接触，热量通过壁面进行传递。 混合式：或称直接接触式。两种流体直接接触传热 蓄热式：或称回热式。两种流体分别分时轮流和壁面接触，热量借助蓄热壁面传递 沉浸式热交换器 结构：这种热交换器多以金属管子绕成，或制成各种与容器相适应的情况，并沉浸在容器内的液体中。 优点：结构简单，便于防腐，能承受高压。 缺点：由于容器体积比管子的体积大得多,因此管外流体的表面传热系数较小。 为提高传热系数，容器内可安装搅拌器。 喷淋式热交换器、结构：多用于冷却管内的热流体。将蛇管成排地固定于钢架上，被冷却的流体在管内流动，冷却水由管上方的喷淋装置中均匀淋下，故又称喷淋式冷却器。优点：传热推动力大，传热效果好，便于检修和清洗。缺点：喷淋不易均匀。 套管式热交换器、结构：将两种直径大小不同的直管装成同心套管，并可用U形肘管把管段串联起来，每一段直管称作一程。 优点：进行热交换时使一种流体在内管流过，另一种则在套管间的环隙中通过。流速高，表面传热系数大，逆流流动，平均温差最大，结构简单，能承受高压，应用方便。 管壳式热交换器、类型：固定管板式 浮头式 U型管式。是最典型的间壁式热交换器，历史悠久，占据主导作用。◎ 优点：单位体积设备所能提供的传热面积大，传热效果好，结构坚固，可选用的结构材料范围宽广，操作弹性大，大型装置中普遍采用。◎ 结构：壳体、管束、管板、折流挡板和封头。 一种流体在管内流动，其行程称为管程；另一种流体在管外流动，其行程称为壳程。管束的壁面即为 传热面。 顺流：两种流体平行着向着同一方向流动 逆流：两种流体平行着向着相反的方向流动 错流：两种流体的流动方向互相垂直交叉，当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。 混流：两种流体在流动过程中既有顺流部分又有逆流部分 程数：管壳式热交换器，因装置纵向隔板而是流体来回流动的次数，称为程数。 间壁式热交换器的类型及特点 ：间壁式热交换器又可分成管式热交换器、板式热交换器、夹套式热交换器以及各种异形传热面组成的特殊型式热交换器。 第一章 概念： 传热方程式： 热平衡方程式： 热容量： 热损失系数： ηL—以放热量为准的对外散热 损失系数，0.97～0.98 对数平均温差： 温度效率： 混合流： 非混合流： 传热单元数： 传热有效度： 温度交叉：温度交叉是指在热交换器中局部出现了热流体温度比冷流体温度低的情况，在温度分布曲线上表现为冷热流体的温度曲线出现了交叉。 思考题： 1.设计计算和校核计算有什么不同？ 设计性热计算目的在于决定热交换器的传热面积，最好采用平均温差法。 校核计算是针对现成的热交换器，其目的在于确定流体的出口温度，并了解该热交换器在非设计工况下的性能变化，判断能否完成在非设计工况下的传热任 务，采用传热单元数法。 2．顺、逆流时对数平均温差的计算公式是在什么假定条件下得到的？答：两种流体的质量流量和比热在整个传热面上保持定值；传热系数在整个传热面上不变；热交换器没有热损失；沿管子的轴向导热可以忽略；同一种流体从进口到出口的流动过程中，不能既有相变又有单相对流换热。 3．“逆流热交换器和顺流热交换器在设计时均可以通过增加传热单元数来提高传热有效度”，这一观点正确吗？为什么？ 答：这一观点不正确。在相同的传热单元数时，逆流热交换器的传热有效度总是大于顺流的，且随传热单元数的增加而增加。在顺流热交换器中则与此相反，其传热有效度一般随传热单元数的增加而趋于定值。 4．什么是“温度交叉”问题？（1-2）型热交换器中采用什么样的流动方式可能会出现这一问题？怎样避免？答：采用先逆后顺的热交换器时，要特别注意温度交叉现象！避免温度交叉的方法：增加管外程数或改为两台单壳程换热器串联，如两台<1-2>型，改为<2-4>型。 第二章 管壳式热交换器 管壳式热交换器按其结构不同可分为几种类型？其结构特点如何？ 答：固定管板式、U形管式、浮头式、填料函式。 管壳式热交换器中，管子的排列方式有几种？各有何特点？ 答：等边三角形法、同心圆法、正方形法。排列特点：等边三角形排列比较紧凑，管外流体湍动程度高，表面传热系数大，最合理常用。同心圆法，靠近壳体的布管均匀；管板上划线、制造和装配比较困难。正方形排列虽比较松散，传热效果也较差，但管外清洗方便，对易结垢流体更为适用。 管壳式热交换器中管侧和壳侧分别如何分程？分程的目的是什么？ 答：壳侧用折流板、纵向隔板： 管侧用分程隔板： 目的；提高流体流速，进而提高换热系数。 管壳式热交换器设计时，对弓形折流板的缺口和间距应如何要求？ 弓形缺口太大或太小都会产生"死区"，既不利于传热，又往往增加流体阻力。 缺口弦高一般为壳体内径的20％～45％。 折流板的间距对壳体的流动亦有重要的影响。间距太大，不能保证流体垂直流过管束，使管外表面传热系数下降；间距太小，不便于制造和检修，阻力损失亦大。 一般取折流板间距为壳体内径的0.2～1.0倍，且不小于50 mm，不大于表2.5的规定。 换热管直径的选择应考虑哪些因素？ 考虑到制造和维修的方便，加热管的规格不宜过多。目前我国试行的系列标准规定采用φ19x2 和φ25x2.5两种规格，对一般流体是适应的。 换热管推荐长度：1.0、1.5、2.0、2.5、3.0、4.5、6.0、7.5、9.0、12.0 m。换热管直径越小，换热器单位体积的传热面积越大，设备紧凑；管径小，管子承压能力大。对于洁净的流体管径可取小些。但对于不洁净或易结垢的流体，管径应取得大些，以免堵塞。 管壳式热交换器设计中，如果将换热管加长、管子数目减少以保证传热面积不变，结果会带来什么影响？ 进出口折流板间距与中间折流板的间距不等时，对壳侧的传热及流动阻力有何影响？ 答：间距变大，阻力变小，换热减弱；间距变小，阻力增大，换 热增强。 热交换器设计中怎样合理确定流速和压降？ 由生产条件所需压降来限制流速，在允许压降的范围内，尽量使流体达到湍流。 根据技术经济比较来确定最佳流速，使设备的投资费用与运行费用之和最低。 此外要考虑机械条件的限制（流速的提高应当避免发生水力冲击、振动以及冲蚀等现象）和结构的要求（当速度提得很高时，所需的管数少了，这时为了要保证所需的传热面积，就必须增大管子的长度或增加程数）。实际上所选用的流速常低于最佳流速，推荐值见附录F 换热系数和流动阻力都随流速增大而增加，但流阻增大的速率远超过换热系数。 管壳式热交换器中常采用多程折流、交叉流方式，是出于什么考虑？ 答：需要传递更多的热量。 管壳式热交换器管程、壳程介质如何确定？ 管侧流体：容积流量小的流体；不清洁、易结垢的不清洁流体；压力高的流体；有腐蚀性的或有毒的流体；高温流体或在低温装置中的低温流体。 壳侧流体：容积流量大的流体特别是常压下的气体；刚性结构热交换器中两流体温差较大时，换热系数大的流体； 高粘度流体；饱和蒸汽冷凝时。 一般而言管程能达到湍流条件就令流体走管程，否则可考虑走壳程 管壳式热交换器中温差应力产生的原因是什么？补偿措施有哪些？ 除了由压力产生的应力之外，还会由于壳体、管子所接触的流体温度不等，使壳体、管束的伸长受到约束，从而在轴向产生拉应力或压应力，这种由温差引起的力称为温差应力。 工艺措施：设法减小管束与壳体 间的温差 结构措施：采用膨胀节（补偿圈）补偿；管束和壳体均能自由膨胀结构：浮头式、U形管式、填料函式；弹性管板补偿；双套管补偿 管壳式热交换器设计时流体流动空间的选择原则是什么？对于水—机油热交换器和蒸汽—水热交换器来说，两种热交换器的流体流动空间的合理方案应如何安排？ （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）要减小壳体和管子因受热不同而产生的温差应力，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。 机油的水冷器水-机油：机油走壳侧，水走管侧。 水蒸汽的冷凝器，冷却介质为水蒸汽—水：蒸汽走壳侧，水走管侧。 热流体：水，进口温度110℃，出口温度80 ℃，流量55t/h，运行压力4bar；冷流体：氨，进口温度20℃，出口温度45℃，运行压力12bar---氨走壳侧，水走管侧。 管壳式热交换器设计过程中，F0"/F0小于1.1（或者大于1.2），你会做何调整？其调整会对传热计算及阻力计算带来什么影响？ 在进行热交换器流体速度选择时，应考虑哪些因素？ 管壳式热交换器设计过程中，长径比L/D小于规定值应如何调整？其调整会对传热计算及阻力计算带来什么影响？ 答：当长径比小于规定值时，说明管长不够且壳体直径过大，调整的方法有：当与规定值相差不大时，假定的传热系数减小，加长管子长度，保持管子数不变，此时，管程流速不变，对流换热系数不变，壳程加长，流动阻力加大。当与规定值相差较大时，重新选择流动方式，确定传热系数k。 第三章 为什么说螺旋板式热交换器可以实现纯逆流换热？ I型、II型、III型螺旋板式热交换器的结构有何不同？各适用于什么场合？ 螺旋板式热交换器有何优缺点？ 板翅式热交换器中翅片的作用有哪些？导流片的作用有哪些？ 板翅式热交换器的翅片有几种形式？其特点如何？ 板翅式换热器具有哪些优点和不足？ 翅片结构参数的选取应考虑哪些因素？ 翅片管热交换器适用于什么场合，有何特点？管内或管外加翅片是出于什么原因考虑的？ 热管有哪几种类型？其工作特性如何？ 热管的工作会受到哪些工作极限的限制？其产生的原因如何？ 热管的传热过程是怎样的？其热阻网络图如何？对于气-气传热和气-液传热过程，应怎么考虑加翅片以增强传热？
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