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
）
换热器原理与设计期末复习题重点·
第一章1.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。
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、套管式换热器和管壳式换热器的优缺点答：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.金属耗量多.体积大.占地面积大.多用于传热面积不大的换热器。
换热器原理与设计期末复习题重点·
第一章1.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。
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、套管式换热器和管壳式换热器的优缺点答：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，金属耗量多，体积大，占地面积大，多用于传热面积不大的换热器。
热交换器原理与设计作业
热交换器原理与设计平时作业一，选择1．对于下列管壳式换热器，哪种换热器不能进行温差应力补偿（B）A.浮头式B.固定管板式C.U型管式D.填料函式2.对于下列管束排列方式，换热系数最大的排列方式为(A)A.正三角形排列B.转置三角形排列C.正方形排列D.转正正方形排列3.(单选题)螺旋板式换热器不适用于以下哪种情形(D)。
A.小流量B.气-液传热C.加热低粘度液体D.高温回水散热4.用水和蒸汽直接接触的方法使蒸汽冷凝最后得到水与冷凝液的混合物的设备是(A)。
A.混合式冷凝器B.喷射式换热器C.气体洗涤塔D.冷水塔5.对于板翅式换热器,以下哪种说法是正确的(B)A.换热面积没有得到有效增加B.可用于多种流体换热C.翅片高度越高,翅片效率越高D.翅片厚度越小,翅片效率越高6.当预测结果有可能发生振动时,以下哪种措施无法实现防振和减振(B)。
A.降低壳侧的流速B.减少管子的固有频率C.提高声振频率D.增加管子的固有频率7.下列哪种热交换器是由板管束和壳体两部分组成(A)。
A.板壳式换热器B.管式换热器C.立管式换热器D.板翅式换热器8.以下换热器中比表面积最小的是(B)。
A.小管径换热器B.大管径换热器C.微通道换热器D.板式换热器9.冷却塔位置的选择应该考虑的因素中,以下哪条是错误的(B)。
A.应通风良好B.靠近新风入口C.远离烟囱D.远离厨房排油烟口10.蓄热式热交换器中,冷、热流体交替地流过同一固体传热面及其所形成的通道,依靠构成传热面物体的(A)作用,实现冷、热流体之间的热交换。
A.热容B.吸热C.放热11.多选下列不属于列管式换热器的是（D）A.浮头式B.固定管板式C.板壳式D.螺旋板式二，填空1．板式热交换器的三个主要部件是：传热板片，密封垫圈，压紧装置。
2.对于列管式换热器，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，因折流挡板的作用可使在低雷诺数(Re＞100)下即可达到湍流3.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4．热管由管壳、毛细多孔材料、蒸汽腔组成。
制冷系统中的热交换器设计考核试卷
2.热交换器按其结构形式可分为管壳式、______、翅片式等。
3.在制冷系统中，冷凝器通常位于______的下游。
4.热交换器设计时，通常需要考虑的流体流动状态有层流和______。
5.热交换器内制冷剂的流动方向可以是______或逆流。
6.提高热交换器传热效率的一种方法是增加______。
A.材料的导热系数
B.材料的耐腐蚀性
C.材料的成本
D.材料的加工性
12.以下哪些热交换器适用于低温制冷应用？（）
A.蒸发器
B.冷凝器
C.翅片式热交换器
D.微通道热交换器
13.制冷系统热交换器的设计过程中，以下哪些因素与热交换器的寿命有关？（）
A.材料的疲劳寿命
B.制冷剂的化学性质
C.热交换器的工作条件
12. AD
13. ABCD
14. ABC
15. ABC
16. ABC
17. ABCD
18. AB
19. ACD
20. ABCD
三、填空题
1.热量
2.板式
3.压缩机
4.湍流
5.顺流
6.换热面积
7.压缩机和节流装置
8. Q=U×A×ΔT
9.清洗
10.腐蚀
四、判断题
1. ×
2. √
3. ×
4. √
5. ×
1.下列哪些因素会影响制冷系统热交换器的传热效率？（）
A.制冷剂的种类
B.热交换器材料
C.热交换器表面状况
D.环境温度
2.在制冷系统热交换器设计中，以下哪些步骤是必须考虑的？（）
A.选择合适的制冷剂
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复习考核重点
第二章管壳式热交换器1、管壳式热交换器按其结构的不同一般可分为固定管板式、U形管式、浮头式和填料式四种类型。
管壳式热交换器，具有结构简单、造价较低、选材范围广、适用范围广、处理能力大、清洗方便等优点，还能适应高温高压的要求。
但传热效果较差、体积比较庞大，因此在某些场合需要使用在传热性能、体积等方面具有一定优点的其他型式热交换器。
（1）固定管板式热交换器：将管子两端固定在位于壳体两端的固定管板上，固称之为管板式热交换器。
结构比较简单，重量轻，在壳程数相同的条件下可排的管数多。
但是他的壳程不能检修和清洗，因此宜于流过不宜结垢和清洁的流体，当管束与壳体的温差太大而产生不同的热膨胀时，常会使管子与管板的接口脱开。
从而发生流体的泄漏。
为避免后患可在外壳上装设膨胀节，但它只能减小而不能完全消除由于温差引起的热应力。
这种方法不能照顾到管子的相对移动。
（2）U形管式热交换器:管束由U字形弯管组成。
管子两端固定在同一管板上，弯曲端不加固定，使每根管子具有自由伸缩的余地而不受其他管子及壳体的影响。
可将整个管束抽出清洗，但要清除内壁的污垢却比较困难，因为弯曲的管子需要一定的弯曲半径，因而在制造时需要不同曲率的模子弯管，且使管板的有效利用率降低。
此外，损坏的管子也难于调换，U形管中间部分空间对热交换器的工作有着不利的影响，从而使热的应用受到很大的限制。
（3）浮头式换热器：两端管板只有一端与壳体以法兰实行固定连接（为固定端），另一端的管板不与壳体固定连接而可相对于壳体滑动，这一端为浮头端。
管束的热膨胀不受壳体的约束，壳体与管束之间不会因差胀而产生热应力。
需要清洗和检修时，仅将整个固定端抽出即可进行。
它的缺点是：浮头盖与管板法兰连接有相当大的面积，结果使壳体直径增大，或壳程与管束之间形成了阻力较小的环形通道，部分流体将有此处旁通而不参与热交换过程。
优缺点表明，浮头式热交换器适用于管子与壳体间温差大，壳程介质腐蚀性强，易结垢的情况。
热交换器原理与设计-题库-考点整理-史美中
热交换器原理与设计-题库-考点整理-史美中(总6页)本页仅作为文档页封面，使用时可以删除This document is for reference only-rar21year.March热交换器原理与设计题型：填空20％名词解释（包含换热器型号表示法）20％简答10％计算（4题）50％0 绪论热交换器：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。
(2013-2014学年第二学期考题[名词解释])热交换器的分类：按照热流体与冷流体的流动方向分为：顺流式、逆流式、错流式、混流式按照传热量的方法来分：间壁式、混合式、蓄热式。
(2013-2014学年第二学期考题[填空])1 热交换器计算的基本原理（计算题）热容量（W＝Mc）：表示流体的温度每改变1℃时所需的热量温度效率（P）：冷流体的实际吸热量与最大可能的吸热量的比率(2013-2014学年第二学期考题[名词解释])传热有效度（ε）：实际传热量Q与最大可能传热量Q max之比2 管壳式热交换器管程：流体从管内空间流过的流径。
壳程：流体从管外空间流过的流径。
<1-2>型换热器：壳程数为1，管程数为2卧式和立式管壳式换热器型号表示法（P43）(2013-2014学年第二学期考题[名词解释])记：前端管箱型式:A——平盖管箱B——封头管箱壳体型式:E——单程壳体 F——具有纵向隔板的双程壳体 H——双分流后盖结构型式:P——填料函式浮头 S——钩圈式浮头 U——U形管束管子在管板上的固定：胀管法和焊接法管子在管板上的排列：等边三角形排列（或称正六边形排列）法、同心圆排列法、正方形排列法，其中等边三角形排列方式是最合理的排列方式。
(2013-2014学年第二学期考题[填空])管壳式热交换器的基本构造：⑴管板⑵分程隔板⑶纵向隔板、折流板、支持板⑷挡板和旁路挡板⑸防冲板产生流动阻力的原因：①流体具有黏性，流动时存在着摩擦，是产生流动阻力的根源；②固定的管壁或其他形状的固体壁面，促使流动的流体内部发生相对运动，为流动阻力的产生提供了条件。
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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. 2-1
b. 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 i
I 1 i i
i 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。
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）
本题
四、计算题（本体2小题，共计29分）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36C加热到65C。
R134a的初始压力为2.12MPa,初始状态为过热状态，初始温度为89C, 2.12MPa时冷凝温度为70C，出口状态为过冷状态，出口温度为55C。
R134a其初始状态焓值hn' =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hf =25.05kJ/kg。
求R134a的质量流量、冷凝器的平均温差。
（15分）
2、冷油器的进口油温为587C，冷油器为逆流布置，油的流量为39m3/h,运行温度下的物性为P i=879kg/m3, c仁1.85kJ(kg・k),冷却水的进口温度为33C，出口温度为38C，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)。