热交换器原理与设计样题
热交换器原理与设计
β
翅化比 β=Ff /Fi
η 翅片壁面总效率
ηf 翅片效率
Fb’ 以翅片根部直径为基准的无翅片部分表面积
Ff’ 翅片管上翅片的表面积
Lf
翅片管的长度
4
b）复合翅片管（翅片与基管为不同材料） 以光管外表面积（去掉翅片后）为基准
以翅片管外表面积为基准，包括翅片面积和无翅部分的管子面积。
c）湿工况（伴有结露的空气冷却过程即减湿冷却过程）
11
5. 热管的工作特性 吸液芯中凹形的气液界面的形成属于毛细现象。气液两侧存在压差Δ P，称为 毛细头。 加热段和冷却段的毛细头分别为Δ Pe’和Δ Pc’，则热管两端毛细压差Δ Pc：
当加热段（蒸发段）处于半球状凹面，冷却段（冷凝段）处于平面时，毛细 压差达到最大值，
热管正常工作的必要条件：
12
1
1. 主要结构和原理
这类换热器用于气液热交换。气侧换热系数通常比液侧低（一个数量级）， 所以翅片在气侧。 优点：高传热系数，结构紧凑，高表面密度，承压性好 缺点：制造困难，不易清理和检修。 结构：管箱，翅片管、框架。翅片管由基管和翅片组合而成，基管通常为圆管，
也有扁平管和椭圆管。 分类：翅片管按其在管子上排列方式，可分为纵向和横向（径向）翅片两大类。
8
五、热管是最基本元件，从外观上看通常是一根有翅片或无翅片的普通圆管它由管
壳、毛细多空材料（管芯）和蒸汽腔（蒸汽通道）构成。
2. 热管换热器的工作原理 热管沿轴向分成蒸发段、绝热段、冷凝段。蒸发段受热。工作液体蒸发。蒸
汽流向冷凝段；蒸汽在冷凝段冷却凝结成液体，液体沿吸液芯靠毛细力的作用流 回蒸发端。
在管外流体的对流换热热阻项上乘以析湿系数（最后一项
）
热交换器原理与设计样题
南京工程学院试卷（1）1、在以多流程等复杂方式流动的热交换器中，通常先按（后乘以考虑因其流动方式不同而引入的修正系数来确定其对数平均温差。
a.纯叉流；b.纯顺流；c.纯逆流。
3、采用空气预热器回收烟气中余热，采用热管式换热器，管子上加翅片，翅片应该（）a.（氐而厚b.高而薄 c 低而薄二、问答题（本题4小题,每题8分，共32分）1、对两种流体参与换热的间壁式换热器，其基本流动式有哪几种？说明流动形式对换热器热 力工作性能的影响•（ 8分）课程所属部门: 考试方式:开卷20 /20 学年 第2学期共5页第1页能源与动力学院 课程名称：热交换器原理与设计使用班级: 热能与动力工程（核电站集控运行）题号一一一-二二-三四五六七八九十总分得分、选择题（本题3题,每题3分,共9 分））算出对数平均温差，然2、下图所示的换热器，是（ ）型管壳式换热器。
主管领导批准:命 题人：张翠珍 教研室主任审核:本题得分a. 2-1b. 1-2 c 2-2本题得分南京工程学院试卷共5页第2页2、试述平均温差法（LMTD法）和效能一传热单元数法（&-NTU法）在换热器传热计算中各自的特点？（8分）3、简述吸液芯热管的工作过程。
（8分）南京工程学院试卷共5页 第3页4、对管壳式换热器来说，两种流体在下列情况下，何种走管内，何种走管外？⑴清洁与不清洁的；（2）腐蚀性大与小的；⑶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。
（8分）1名 ■ 1 1 i 1 i i i i i 姓i 号 i i i i i ■ 1 i i i 学■级 1 i i i i i i 班 iI 1 i ii i三、思考题（本题2小题,每题15分，共30 分）1、在圆管外敷设保温层与在圆管外侧设置肋片从热阻分析的角度有什么异同？在什么情况下加保温层反而会强化其传热然而加肋片反而会削弱其传热？ （15分）2、热水在两根相同的管内以相同流速流动，管外分别采用空气和水进行冷却。
换热器设计例题
5.3.2.3换热器设计方法A.典型设计程序由于给热系数取决于传热过程，传热方式（传导、对流、辐射、冷凝给热及沸腾给热），流体的物理性质，流体的流速和换热器的形式等因素。
因此换热器的设计是一个试差过程，典型的换热器设计程序如下。
图5-29壳侧阻力因子j f （弓曲形挡板）[例5-1] 设计冷凝器使45 000 kg/h 轻烃混合物蒸汽冷凝。
冷凝器操作压力为1MPa ，轻烃蒸汽进入为饱和温度60 ºC ，冷凝至45 ºC 。
蒸汽的平均相对分子质量为52，蒸汽的焓为596.5 kJ/kg ，冷凝后为247 kJ/kg 。
冷却水进口温度为30 ºC ，出口最多可升高10 ºC ，冷凝器管子外径20mm ，内径16.8mm ，管长4.88m ，用海军黄铜制造。
蒸汽冷凝没有过冷现象。
解:（1）传热面积初值计算。
混合物的物理性质取自以正丙烷（分子量44）和正丁烷（分子量58）的平均值。
传热量 =-⨯=3600)0.2475.596(45000Q 4368.8 kW图5-30管侧阻力因子j f （弓曲形挡板）冷却水流量 5.10418.4)3040(8.4368=⨯-=c W kg/s 取总传热系数 K = 900 W/(m 2·ºC)平均温差 5.1304045601221=--=--=t t T T R ，33.0306030401112=--=--=t T t t S 选择卧式冷凝器，冷凝在壳程，为一壳程四管程结构，由换热器的平均温差校正图查得F T = 0.924.1730454060ln )3045()4060(ln )()(12211221ln =-----=-----=∆t T t T t T t T T ºC ΔT m = 0.92×17.4=16 ºC传热面积试差值 16900108.43683⨯⨯=F = 303 m 2 一根管子的面积（忽略壁厚的影响）：F 1=πd o L=π×20×10-3×4.88=0.305 m 2管子数N t = 303/0.305 = 992设管子中心距P t =1.25d = 1.25×20 = 25 mm查表5-17，由式（5-12）得: D b = d o (N t /K 1)1/n1D b = 20×(992/0.158)1/2.263 = 954mm中心一行管数 N r = D b /P t = 954/25= 38（2）壳程给热系数估计管壁温度T w ；假设冷凝给热系数为1500 W/(m 2·ºC)平均温差：壳侧温度：(60+45)/2=52.5 ºC ；管侧温度：(40+30)/2=35 ºC ；(52.5- T w )×1500=(52.5-35×900T w = 42.0 ºC平均冷凝温度T cm = (32.5 + 42.0)/2 = 47.0 ºC47.0 ºC 时，轻烃液体的物理性质:μL =0.16 mPa·s ； ρL = 551 kg/m 3；k L =0.13 W/(m 2·ºC)平均蒸汽温度下气相密度:ρV =1105.522732734.2252⨯+⨯= 19.5 kg/m 3 由（5-21）得：Γh =3106.299288.43600/45000-⨯=⨯=t c LN W kg/(m·s)由（5-20）得：b r h L V L L bc N g k h 13/1)(95.0)(-⎥⎦⎤⎢⎣⎡Γ-=μρρρ(h c )b = 0.95×0.136/13/13325106.21016.081.9)5.19551(551---⎥⎦⎤⎢⎣⎡⨯⨯⨯⨯-⨯=1375 W/(m 2·ºC) (h c )b 值与假设的冷凝系数接近，故不必校核T w 。
热交换器原理与设计管壳式热交换器设计
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第三节 管壳式热交换器的传热计算 一、传热系数的确定 1、确定传热系数的主要方法：
热阻 间壁材料
Q
A
t w1
tw2
t w1
tw2
A
经验选用数据 实验测定 通过计算
R A
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圆管
Q 2Ltw1 tw2
ln d0 di
ln d 0 R di
2 L
作用:a.充分利用换热面积, 减小壳程进出口处死区 b.也起防冲作用 c.减少壳程进出口处压降(外导流结构)
条件: 当壳程进出口接管距管板较远，流体停滞区过大时， 应设置导流筒
分类：内导流筒和外导流筒两种。
7
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⑵折流板、支持板
①折流板
作用: a.提高壳程流体流速，增加湍动程度；使壳程流 直冲刷管束，提高壳程传热系数； b.减少结垢。 c.支承管束
As
4Z s
Ds 2 nt d0 2
Zs 4 As2
Ds 2 nt d02
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弓形折流板
缺口高度
缺口处的流通截面积
两折流板间错流的流通截面积
缺口高度确定原则
为避免流动速度变化引起压降，流体在缺口处的流通 截面积与流体在两折流板间错流的流通截面积接近。
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4
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2.壳程结构 ⑴壳体
壳体 折流板 折流杆 防短路结构 壳程分程
①接管→焊在壳体上，供壳程流体进、出。
②防冲挡板 作用:减小流体的不均匀分布和对管束的侵蚀和震动， 在壳程进口接管处设置防冲挡板.
热交换器原理与设计
热交换器原理与设计复习提纲题型：概念题，问答题，计算。
0.绪论1.热交换器的分类2.content of heat exchanger desing.(P6)1.热交换器热计算的基本原理1.1.1热计算基本方程式Q=KF△t ------Heat Transfer Equation1.1.2热平衡方程式 Heat balance equation Q=M1(I1’-I1”)=M2(I2”-I2’)1.2平均温差（图）对数平均温差△tm或LMTD表示，公式1.11 （for counter flow and parallel flow）(主要用这个)算术平均温差（看）△tm=ψ△tlm,c ψ----修正系数 correction factor ψ=f(P、R) P,R公式及物理意义1.3．1 传热有效度的定义1.3.2 LMTD及NTU 两种算法 P24-342.管壳式热交换器 shell-and-tube heat exchanger(计算较多)2.1.1 types(4种) and standards (国标GB151-1999，P43表示法)2.1.2管子在管板上的固定与排列Tube bundle type: bined1)管子在管板上的固定2)管子在管板上的排列 tube layoutTriangular layoutSquare layoutCircular layoutRotated square layout3)换热管中心距：管板上两根管子中心线的距离称为换热管中心距。
2.1.5 折流板 baffle-----一个重要的附件折流板的作用除了使流体横过管束流动外，还有支撑管束、防止管束振动弯曲的作用。
Baffle arrangement：水平，数值，转角Baffle types：segmental baffle（弓形）、disc-and-ring baflleBaffle fixing2.1.7 防冲板2.3 管壳式热交换器的传热计算2.3.1 传热系数的确定（确定管内面积还是管外面积）对光滑圆管，以外表面积为准时：以内表面积为准时：公式2.25，,2.26,do≈di,可用公式2.27：2.3.2 换热系数的计算了解贝尔法Nu=αl/λ Re=ωl/γ Pr=Cpμ/λP60 表格2．4.1 管程阻力计算（压力计算，参考流体力学）注意：入口，出口，转弯处2.5 管壳式热交换器的合理设计考虑的主要问题：1.流体在热交换器内流动空间的选择2.流体文都和终温的确定3.管子直径的选择4.流体流动速度的选择5.管壳式热交换器的热补偿问题6.管壳式热交换器的震动与噪声Attention：了解设计原则3.高效间壁式热交换器3.1 螺旋板式热交换器 spiral heat exchanger基本构造和工作原理 basic structure and principle3.2 板式热交换器板式效率的物理意义及影响板式效率的因素P129 型号表示法3.3.2 板翅式热交换器的设计计算注意翅片效率：ηf翅片避免总效率：η0传热量和传热系数计算 P150 公式 3.64；公式 3.65P154 板翅式热交换器设计步骤：（参照老师上课讲的内容）3.4 翅片管热交换器 tube-fin heatexchanger翅片管热交换器是一种带翅（亦称带肋）的热交换器3.5 热管热交换器 heat-pipe heat exchanger因为工作原理不同（蒸发，冷凝）所以要在第三章重点注意：5个极限，9个热阻，及工作原理P180 什么叫重力辅助热管4 混合式热交换器分类：冷水塔，气体洗涤塔，喷射式热交换器，混合式冷凝器Attention：重点冷水塔4.1 冷水塔 1.构造及部件功能2.分类：干式、湿式（效率低）为什么湿式效率低？？P213冷水塔的工作原理：P216 注意，水温决定于水和空气的传热冷水塔内水的降温主要是由于水的蒸发散热和气水之间的接触传热。
《热交换器》 标准释义及算例
《热交换器》标准释义及算例
热交换器是一种能够进行热能交换的设备，通常用于调节流体的温度。
其工作原理是通过将两种流体分隔开来，通过热传导的方式，使得热量从一个流体传递到另一个流体。
热交换器通常由管道网络和热交换表面组成。
以下是一个热交换器的算例：
设热交换器中有两种流体，分别是热水和空气。
热水的进口温度为80°C，出口温度为50°C；空气的进口温度为20°C，出口温度为60°C。
热交换器的热效率为90%。
根据热交换器的热效率定义，可以得知热水和空气之间的热量转移比为：
(热水出口温度-热水进口温度) / (空气出口温度-空气进口温度) = 热效率
(50°C - 80°C) / (60°C - 20°C) = 0.9
解方程可得：
-30°C / 40°C = 0.9
解得：
-30°C = 0.9 * 40°C
-30°C = 36°C
这个结果不成立，说明所假设的热效率不能实现。
因此需要重新找到有效的热效率值，使这个方程成立。
这只是一个简单的热交换器算例，实际应用中的热交换器可能会更加复杂，包括更多的参数和条件。
换热器原理与设计(答案)
广东海洋大学 2013年清考试题《换热器原理与设计》课程试题课程号： 1420017√ 考试□ A 卷□ 闭卷□ 考查□ B 卷√ 考试一．填空题（10分。
每空1分）1．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。
2．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。
3．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。
4．在流程的选择上，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。
5．采用短管换热，由于有入口效应，边界层变薄，换热得到强化。
6. 相对于螺旋槽管和光管，螺旋槽管的换热系数高.7. 根据冷凝传热的原理，层流时，相对于横管和竖管，横管 传热系数较高。
8.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9. 热交换器单位体积中所含的传热面积的大小大于等于700m 2/m 3，为紧凑式换热器。
10. 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,设置旁路挡板可以改善C 股流体对传热的不利GDOU-B-11-302班级：姓名：学号：试题共4 页加白纸3张密封线影响。
二．选择题（20分。
每空2分）1.管外横向冲刷换热所遵循侧传热准则数为(C )A. 努赛尔准则数B. 普朗特准则数C. 柯尔本传热因子D. 格拉肖夫数2.以下哪种翅片为三维翅片管( C )A. 锯齿形翅片B. 百叶窗翅片C. C管翅片D. 缩放管3.以下换热器中的比表面积最小( A )A．大管径换热器B．小管径换热器C．微通道换热器 D. 板式换热器4. 对于板式换热器，如何减小换热器的阻力(C )A．增加流程数B．采用串联方式C．减小流程数 D. 减小流道数。
换热器原理与设计解答题
换热器原理与设计解答题(总7页)--本页仅作为文档封面，使用时请直接删除即可----内页可以根据需求调整合适字体及大小--1.按传热过程分类,换热器有几类各自的特点是什么(1)直接接触式换热器，也叫混合式换热器(2)周期流动式换热器，也称蓄热式换热器，借助于由固体制成的蓄热体交替地与热流体和冷流体接触。
优点：① ~③ P2主要缺点：①②P2(3)间壁式换热器，也称表面式换热器，冷热流体被一个固体壁面隔开，互不接触，热量通过固体壁面传递。
应用最多(4)液体耦合间接式换热器：系统由两台间壁式换热器组成，通过某种传热介质(如水或液态金属)的循环耦合在一起。
主要优点：①② P42. 换热器常用哪些材料制造金属材料换热器：碳钢、不锈钢、铝、铜、镍及其合金等非金属材料换热器：石墨、工程塑料、玻璃、陶瓷换热器等。
稀有金属换热器可解决高温、强腐蚀等换热问题，但材料价格昂贵使应用范围受到限制。
钛应用较，钽、锆等应用较少。
3.对腐蚀性介质,可选用什么材料换热器非金属材料换热器：石墨、工程塑料、玻璃、陶瓷换热器等4.管壳式换热器特点，常用类型优点：管壳式换热器具有易于制造、成本较低、清洗方便、适应性强、处理量大、工作可靠以及选材范围广等特点,且能适用于高温高压的工况。
缺点：存在壳程流动死区、壳程压力损失较大、容易结垢以及容易发生管束诱导振动等5.间壁式换热器的特点,常用有哪些类型P2 – P36.对两种流体参与换热的间壁式换热器,其基本流动式有哪几种说明流动形式对换热器热力工作性能的影响.(1)顺流式或称并流式，其内冷、热两种流体平行地向着同一方向流动.(2)逆流式，两种流体也是平行流动，但它们的流动方向相反。
(3)叉流式或称错流式，两种流体的流动方向互相垂直交叉.(4)混流式，两种流体在流动过程中既有顺流部分，又有逆流部分。
当冷、热流体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.顺流和逆流可以看作是两个极端情况。
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南京工程学院试卷
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四、 计算题 （本体 2 小题， 共计 29 分）
本题 得分
1 、有一热泵冷凝器，用 R134a 加热水，逆流布置，水流量为 6.22kg/s ，水的比热为 4.187kJ/(kg· K) ，从 36℃加热到 65℃。R134a 的初始压力为 2.12MPa，初始状态为过热状 态，初始温度为 89℃， 2.12MPa 时冷凝温度为 70℃，出口状态为过冷状态，出口温度为 55℃。R134a 其初始状态焓值 h11′=455.91kJ/kg，饱和气体焓值 h12=428.11 kJ/kg ，饱和液 体焓值 h13=304.68kJ/kg，出口过冷状态焓值 h14″=256.05kJ/kg。求 R134a 的质量流量、冷凝 器的平均温差。 （15 分）
三、思考题（本题 2 小题, 每题 15 分，共 30 分)
姓名
本题 得分
1、 在圆管外敷设保温层与在圆管外侧设置肋片从热阻分析的角度有什么异同？在什么情况 下加保温层反而会强化其传热然而加肋片反而会削弱其传热？（15分）
学号
2、热水在两根相同的管内以相同流速流动，管外分别采用空气和水进行冷却。经过一段时 间后，两管内产生相同厚度的水垢。试问水垢的产生对采用空冷还是水冷的管道的传热系 数影响较大?为什么? （15 分）
南京工程学院试卷 (1)
20 课程所属部门： 考试方式： 开卷 /20 学年 第 2 学期
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能源与动力学院 使用班级：
课程名称： 热交换器原理与设计 热能与动力工程（核电站集控运行） 主管领导批准： 六 七 八 九 十 总分
命 题 人： 张翠珍 题号 得分 一 二
教研室主任审核： 三 四 五
班级
学号
姓名
南京工程学院试卷
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2、试述平均温差法(LMTD 法)和效能─传热单元数法(ε -NTU 法)在换热器传热计算中各自 的特点? （8 分）
3、简述吸液芯热管的工作过程。 （8 分）
南京工程学院试卷
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4、对管壳式换热器来说，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。 （8 分）
学号
3、采用空气预热器回收烟气中余热，采用热管式换热器，管子上加翅片，翅片应该（ a.低而厚Fra bibliotek班级）
b. 高而薄
c 低而薄
本题 得分
二、问答题(本题 4 小题, 每题 8 分，共 32 分)
1、 对两种流体参与换热的间壁式换热器,其基本流动式有哪几种?说明流动形式对换热器热 力工作性能的影响.（8 分）
一、选择题（本题 3 题 ,每题 3 分,共 9 分）
姓名
本题 得分
1、在以多流程等复杂方式流动的热交换器中，通常先按（
）算出对数平均温差，然
后乘以考虑因其流动方式不同而引入的修正系数来确定其对数平均温差。 a. 纯叉流；b. 纯顺流；c. 纯逆流。 2、下图所示的换热器，是（ a. 2-1 b. 1-2 c 2-2 ）型管壳式换热器。
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2、冷油器的进口油温为 58.7℃，冷油器为逆流布置，油的流量为 39m3/h, 运行温度下的物 性为ρ 1=879kg/m3, c1=1.85kJ(kg·k), 冷却水的进口温度为 33℃，出口温度为 38℃，冷却 水流量为 47.7t/h, 传热系数为 320W/m2·k, 试计算该换热器的传热面积和传热有效度。 （14 分）