热交换器原理与设计 题库 考点整理 史美中(DOC)
热交换器原理与设计
热交换器原理与设计
热交换器是一种用于传热的设备，广泛应用于工业生产、能源
领域以及日常生活中。
其作用是在两种流体之间传递热量，使它们
达到所需的温度。
热交换器的设计和运行原理对于提高能源利用效
率和保障设备安全稳定运行具有重要意义。
热交换器的原理是利用热传导的物理特性，通过将两种流体分
别置于不同的传热面上，使它们之间产生温度差，从而实现热量的
传递。
在热交换器中，传热面的设计和流体流动方式是影响传热效
率的关键因素。
此外，热交换器的设计还需要考虑流体的物性参数、流体流速、传热面积以及传热介质的选择等因素。
在热交换器的设计过程中，首先需要确定传热的需求，包括传
热量、传热温差等参数。
然后根据流体的性质和工艺要求选择合适
的传热面积和传热介质。
接下来是热交换器内部结构的设计，包括
传热面的布置方式、流体流动路径的设计等。
最后是对热交换器的
整体结构进行设计，包括支撑结构、连接方式、绝热措施等。
热交换器的设计需要综合考虑传热效率、成本、占地面积等因素。
为了提高传热效率，可以采用增加传热面积、改善流体流动方
式、优化传热介质等措施。
在降低成本方面，可以通过材料选择、结构设计等途径进行优化。
此外，合理设计热交换器的结构，可以减小占地面积，提高设备的整体性能。
总的来说，热交换器的设计是一个综合考虑传热效率、成本和结构合理性的工程问题。
通过科学合理的设计，可以提高能源利用效率，降低生产成本，保障设备的安全稳定运行。
因此，热交换器的设计对于工业生产和生活中的能源利用具有重要的意义。
热交换器原理
热交换器原理概述热交换器 (Heat Exchanger) 是一种设备，用于传递热量从一个流体到另一个流体而不使它们混合在一起。
热交换器在许多工业和商业应用中被广泛使用，包括暖气系统、空调系统、化工加工以及能源生产等领域。
它旨在提高能量利用效率，减少能源浪费，以及保护环境。
原理热交换器的工作原理基于热量传递和流体流动的原理。
它通常由两个流体流经热交换器中的两个热交换介质，通过介质之间的热传导实现热量的传递。
1. 流体流动热交换器中的两个流体，通常被称为工作流体和传热介质流体，通过各自的通道与换热管道相连接。
工作流体可以是液体或气体，在流经热交换器的过程中，它会传递热量给传热介质流体。
2. 传热介质流体传热介质流体可以是热水、蒸汽、液态氨等，它在热交换器中流动，在与工作流体接触的地方接收或释放热量。
传热介质流体的选择取决于具体的应用需求和技术要求。
3. 传热管道热交换器中的传热管道起到连接工作流体和传热介质流体的作用。
传热管道可以是平行管道、螺旋管道、板式管道等形式，它们被设计成高效的结构，以最大化热量传递和流体流动。
4. 传热表面热交换器中的传热表面是工作流体和传热介质流体之间进行热传导的区域。
传热表面的设计和材料选择对热交换器的性能和效率有重要影响。
常见的传热表面材料包括铜、铝、不锈钢等。
工作过程热交换器的工作过程可以归纳为以下几个步骤：1. 流体进入工作流体和传热介质流体分别从热交换器的进口进入，它们分别流经各自的通道和传热管道。
2. 热传导工作流体和传热介质流体在传热表面进行接触，通过热传导实现热量的传递。
传热介质流体吸收工作流体的热量，使其温度升高，而工作流体则从传热介质流体吸收或失去热量，使其温度变化。
3. 流体流动工作流体和传热介质流体继续在热交换器中流动，以保持热传导和热量传递的持续进行。
流体流动通过增加热交换的表面积和提高流体流速来增加传热效率。
4. 热量输出工作流体和传热介质流体分别从热交换器的出口流出，它们的温度和热量分布已经发生变化。
热交换器原理
热交换器原理热交换器是一种常见且重要的热工设备，被广泛应用于各个领域，包括能源、化工、制冷与空调等。
它的作用是在流体之间实现热量的传递与交换，从而达到调节温度、增加能效和改善工艺条件的目的。
热交换器的原理是基于热传导、对流和辐射的三种传热方式。
一、热传导热交换器中最基本的传热方式是热传导。
当两个接触物体之间存在温度差时，热量会通过物体的分子之间的碰撞而传导到另一物体。
在热交换器中，热量从较高温度的流体传导到较低温度的流体中。
为了提高热传导效率，常用的方法是增加传热面积，例如采用复杂的管板结构或鳍片来增加热交换面积。
二、对流对流是热交换器传热的另一种重要方式。
在流体中，当存在温度差时，会形成流动，从而使得热量更加有效地传递。
对流传热可以分为自然对流和强制对流两种形式。
自然对流是指流体由于密度的差异而形成的对流。
在热交换器中，通过设计合适的流道结构，可以利用自然对流来增加传热效率。
同时，通过调整流体的速度和流动方向，可以控制对流传热的强度。
强制对流是指通过外部力量（例如泵或风扇）的作用，使流体产生流动，从而实现对流传热。
在热交换器中，强制对流通常用于处理大流量的流体，以提高传热效率。
同时，适当选择流体的入口和出口位置，可以减少流动中的阻力，并提高对流传热的效率。
三、辐射辐射传热是指通过电磁波辐射的方式实现热量传递。
在热交换器中，由于存在高温物体和低温物体之间的辐射，热量会通过辐射传递。
辐射传热不需要介质的存在，因此在真空或纯气体环境下也能进行传热。
为了提高辐射传热效率，通常会采用表面涂层或选择适当的材料来增加辐射传热的表面积和能量吸收率。
同时，通过控制温度差和减少热辐射表面的反射，可以有效提高辐射传热的效果。
综合应用和优化在实际工程中，为了提高热交换器的效率和性能，常常会综合应用上述的传热方式，并通过合理的结构设计和优化来达到预期的效果。
例如，通过将多个热交换器相互连接，形成复合热交换器，可以充分利用各种传热方式同时发挥作用。
热交换器的原理
热交换器的原理
热交换器是一种用于热量传递的设备，其原理基于热量的传导和对流。
热交换器通常由一对互相交叉的管道组成，其中一个管道用于输送热源（如热水或蒸汽），另一个管道用于输送冷却介质（如冷水或空气）。
这两个管道之间通过金属板、管子或片状材料等热导体连接在一起。
在工作过程中，热源通过一个管道进入热交换器，然后流过热导体，热量开始从热源传导到热导体上。
同时，冷却介质通过另一个管道进入热交换器，并流过热导体。
由于热导体的存在，导热板和冷却介质之间会形成一个热传导的接触面，使热量通过导热板从热源一侧传递到冷却介质一侧。
此外，通过流体的对流效应，热源和冷却介质之间的热量交换会更加高效。
当热源传导的热量到达热导体表面时，热量会通过冷却介质的对流而迅速散发出去。
反之，冷却介质也会通过对流将其带走的热量传递给热源一侧。
热交换器的设计可以根据需要进行调整，以确保达到预期的热量传递效果。
例如，热交换器的导热板可以增加表面积，以增加热量的交换量。
此外，通过增加管道的长度或使用多道管道，可以增加热导体的热传导面积，提高热交换器的传热效率。
总的来说，热交换器利用热传导和对流效应，将热源和冷却介质的热量通过热导体相互传递，实现了热能的高效利用。
热交换器原理与设计
热交换器原理与设计热交换器是一种广泛应用于工业生产和生活领域的热传递设备，其原理和设计对于提高能源利用效率和改善环境保护具有重要意义。
热交换器的工作原理主要是利用流体之间的热量传递，通过热传导、对流和辐射等方式，实现热量的传递和平衡。
在设计热交换器时，需要考虑流体的性质、流动状态、传热面积和传热系数等因素，以达到最佳的传热效果。
首先，热交换器的原理是基于热量传递的基本规律，即热量会自高温区流向低温区，直至两者温度相等。
这一原理是热交换器能够实现热量传递的基础，也是设计热交换器时需要遵循的核心原则。
通过合理的设计和优化，可以最大限度地提高热交换器的传热效率，从而节约能源和降低生产成本。
其次，热交换器的设计需要考虑流体的性质和流动状态。
不同的流体具有不同的传热特性，包括传热系数、比热容、粘度等，这些参数对于热交换器的设计和选择具有重要影响。
同时，流体的流动状态也会影响传热效果，包括流速、流态、流向等因素都需要在设计中进行充分考虑，以确保热交换器能够实现预期的传热效果。
另外，传热面积是影响热交换器传热效果的重要因素之一。
通过增大传热面积，可以增加热交换器与流体之间的热量交换，从而提高传热效率。
在设计热交换器时，需要根据实际工况和传热要求确定合适的传热面积，同时考虑传热面积的布置方式和结构形式，以实现最佳的传热效果。
最后，传热系数是评价热交换器传热效果的重要参数之一。
传热系数受到多种因素的影响，包括流体性质、流动状态、传热面积和传热方式等。
在设计热交换器时，需要通过合理的布置和优化结构，以提高传热系数，从而实现更高效的热量传递。
总之，热交换器的原理和设计是一个复杂而又重要的课题，需要综合考虑流体性质、流动状态、传热面积和传热系数等因素，以实现最佳的传热效果。
通过深入研究和不断优化，可以不断提高热交换器的性能，为工业生产和生活提供更加高效和环保的热传递解决方案。
热交换器考试13页word文档
热交换器：在工程中将其中流体的热量以一定的传热方式传递给其他流体的设备。
其特点是以传热为主要过程和目的热交换器按传送热量的方法分为：间壁式，混合式，蓄热式。
间壁式：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。
其类型有：管式（沉浸式、喷淋式、套管式、管壳式）、板式、夹套式、扩展表面式、热管式混合式：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。
按照流体流动方向分为：顺流式，逆流式，错流式，混流式。
顺流式：两种流体平行地向着同一方向流动。
逆流式：两种流体也是平行流动，但流动方向相反。
错流式：两种流体的流动方向互相垂直交叉。
混流式：既有顺流部分，又有逆流部分。
流程数：管外空间装设纵向隔板使流体在壳体内进行曲折流动的次数或管箱内装进分层隔板使流体在管层内流动的次数。
热计算类型：设计性热计算（平均温差法），校核性热计算（传热有效度法）区别：设计性热计算目的在于决定热交换器的传热面积，同时计算时需要确定结构尺寸，往往与结构计算交叉进行。
校核性热计算是针对现成的热交换器，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,判断能否在非设计工况下完成换热任务。
热容量：乘积Mc，代表流体的温度每改变1℃所需要的热量，用W表示。
热损失系数ηL：对于实际上有散热的热交换器热损失QL，实际吸热量和放热量之比。
平均温差：算数平均温差（恒大于对数平均温差），对数平均温差，积分平均温差顺、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：1。
两种流体的质量流量和比热在整个传热面上保持定值；2。
传热系数在整个传热面上不变；3。
热交换器没有热损失；4。
沿管子的轴向导热可以忽略；5。
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。
其他流动方式平均温差（以流体进出口温度按照逆流算出对数平均温差，然后乘以一个修正系数ψ）ψ=f（P，R）ψ值反应某种流动方式在给定工况下接近逆流的程度。
热交换器知识点
热交换器知识点(总3页) -CAL-FENGHAI.-(YICAI)-Company One1-CAL-本页仅作为文档封面，使用请直接删除绪论：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。
热质交换原理与设备(chapter5 new)
当求得
后，可以根据它的定义求得传热量
t2 ) Q (Gc)min (t t)max (Gc)min (t1
t2 ) Q (Gc)min (t1
小结： 传热效能 表示实际传热量与可能最大换热量 的比值，已整理成相应的图表，供查询。
P173
P173应用示例
顺流时平均温差的推导
作如下假设： (1)冷热流体的质量流量G2、G1以及比热容c2,c1是常数；
(2)传热系数是常数；
(3)换热器无散热损失； (4)换热面沿流动方向的导热量可以忽略不计。
要计算沿整个换热面的平均温差，首先需要知道局部温
差随换热面积的变化，即 t x f ( Ax ) ，然后再沿整个 换热面积进行平均
本章重点： 1 间壁式换热器设备的构造及热工计算
5.1 热质交换设备的分类(演示) 《换热器原理与设计》－余建祖 《热交换器原理与设计》－史美中
1 按照工作原理(认识实习、生产实习)
1）间壁式（表面式）：相互不接触，表冷器、省
煤器、冷凝器、蒸发器等。
2）直接接触式（混合式）：喷淋室、冷却塔等。
类似的将管子污垢热阻包括进去之后
外表面 d 0
1 Rl A
K
di
5.2.3 换热器热工计算的基本原理 1 传热方程式 讨论？？
t 由于温差不断变化，所以采用平均温差 tm
（2）热平衡方程式（能量平衡原理）
5.2 对数平均温差法
同一位置上 对应的温差
换热器中流体温度沿程变化示意图
t2 t t1 t2 t t1
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1 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Qmax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 2
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。 热交换器中的流动阻力：摩擦阻力和局部阻力 管壳式热交换器的管程阻力：沿程阻力、回弯阻力、进出口连接管阻力 管程、壳程内流体的选择的基本原则：（P74） 管程流过的流体：容积流量小，不清洁、易结垢，压力高，有腐蚀性，高温流体或在低温装置中的低温流体。(2013-2014学年第二学期考题[简答]) 3
壳程流过的流体：容积容量大（特别是常压下气体），刚性结构换热器中换热系数大的流体，高黏度流体，层流区流动的流体，饱和蒸汽 管子直径的选择：总的趋向是采用小直径管 优点：传热增强，单位体积传热面大，传热面一定时，可使管子长度缩短 缺点：流动阻力增加，管数增加，管子与管板连接处的泄露的可能性增大，易积垢。 选择流速要尽量使流体呈湍流状态 3 高效间壁式热交换器 紧凑性：指热交换器的单位体积中所包含的传热面积大小，
单位m2/m3 板式热交换器主要部件及作用： 传热板片：①使流体在低速下发生强烈湍流，以强化传热；②提高板片刚度，能耐较高的压力。 密封垫片：防止流体的外漏和两流体之间内漏。 压紧装置：将垫片压紧，产生足够的密封力，使得热交换器在工作时不发生泄漏，通过旋紧螺栓来产生压紧力。 板式热交换器的型号表示法（P129） 板翅式热交换器的结构基本单元是：隔板、翅片、封条。(2013-2014学年第二学期考题[填空]) 翅片作用：扩大传热面积，使换热得以改善，承担主要的传热任务，加强两隔板之间的作用。 4
翅片的型号表示法（P141）(2013-2014学年第二学期考题[名词解释]) 翅片选择基本原则：(2013-2014学年第二学期考题[简答]) 平直翅片：流体之间温差较大；流体中含有固体悬浮物；传热过程中有相变的冷凝、蒸发等情况。 锯齿形翅片：流体之间温差较小；流体的粘度较大；传热过程中有相变的冷凝、蒸发等情况；在空分设备中，可逆式热交换器。 多孔翅片：在空分设备中，冷凝蒸发器。 翅化比（β）:翅片管外表面积与光管内表面积之比（P165）(2013-2014学年第二学期考题[名词解释]) 热管正常工作的2个条件：①ΔPc≥ΔPv＋ΔP1＋ΔPg（文字
表述：毛细压差应能克服蒸汽从加热段流向冷却段的阻力、冷凝液体从冷却段回流到加热段的阻力以及重力对液体流动的影响） ②热管工况：蒸发段的饱和温度仅稍高于冷凝段的饱和温度，此温降小于1℃～2℃即近乎等温流动时，被认为是工作正常 热管工作原理：工作时，蒸发段因受热而使其毛细材料中的工作液体蒸发，蒸汽流向冷凝段，在这里由于受到冷却使蒸汽凝结成液体，液体再沿多孔材料靠毛细力的作用流回蒸发段。如此循环不已，热量由热管一端传至另一端。 热管工作特性：冷凝段，工作液在流动方向上因有蒸汽不断 5
冷凝而增加；蒸发段，工作液在流动方向上因不断蒸发而减少；绝热段，工作液保持不变 热管工作极限：①黏性极限②声速极限③携带极限④毛细极限⑤沸腾极限 工作温度低时，最易出现黏性极限及声速极限，在高温下则应防止出现毛细极限及沸腾极限。(2013-2014学年第二学期考题[填空]) 6.3传热强化 增强传热的基本途径：①扩展传热面积F②加大传热温差Δt③提高传热系数K 计算题部分： 1.已知t1′=300℃，t1″=210℃，t2′=100℃，t2''=200℃。试计算下列流动布置时换热器的对数平均温差。 （1）逆流布置； （2）一次交叉，两种流体均不混合； （3）1-2型管壳式，热流体在壳侧； （4）2-4型管壳式，热流体在壳侧； （5）顺列布置。 解：（1）Δtmax=t1″-t2′=210-100=110℃ Δtmin=t1′-t2″=300-200=100℃
6
（2）
由课本图1.14查得=0.92 Δtm=104.90.92=96.5℃ （3）由课本图1.8查得=0.85 Δtm=104.9×0.85=89.2℃ （4）由课本图1.11查得=0.97 Δtm=104.9×0.97=101.8℃ （5）Δtmax =t1′-t2′=300-100=200℃ Δtmin =t1″-t2″=210-200=10℃
2.1-2型管壳式换热器，用30℃的水来冷却120℃的热油（c0=2100J/（kgK）），冷却水流量为1.2kg/s，油流量为2kg/s，设总传热系数K=275W/(m2K),传热面积A=20m2，试确定水与油各自的出口温度。 解：取水的定压质量比热cp=4200J/(kgK)， 7
热油的热容量 W1=M1c0=22100=4200W/K, 冷水的热容量 W2=M2cp=1.24200=5040W/K 因而 W1=Wmin，W2=Wmax
则,
,
传热有效度代入数据，得=0.539 又因为,所以解得 t1″=71.5℃【或利用实际传热量Q=εWmin(t1′-t2′)=W1(t1′-t1″)，代入数据，解得t1″=71.5℃】 热平衡关系 W1(t1′-t1″)=W2(t2″-t2′),即
4200(120-71.5)=5040(t2″-30),解得t2″=70.3℃ 所以水的出口温度为70.3℃，油的出口温度为71.5℃
3.一台逆流式水-水换热器，t1′=87.5℃,流量为每小时9000kg，t2′=32℃，流量为每小时13500kg，总传热系数K=1740W/（m2K），传热面积A=3.75m2，试确定热水的出口温度。 解：取水的定压质量比热cp=4200J/( kg•K) 8
热水热容量 冷水热容量 因而W1=Wmin，W2=Wmax
【或利用实际传热量Q=εWmin(t1′-t2′)=W1(t1′-t1″)，代入数据，解得t1″=64.7℃】 所以热水的出口温度为64.7℃。
4.温度为99℃的热水进入一个逆流型的热交换器，将4℃的冷水加热到32℃，热水流量为9360kg/h，冷水流量为4680kg/h，传热系数为830W/（m2•℃），试计算该热交换器的传热面积和传热有效度。水的比热为cp=4186J/（kg•℃）。
解法一： 9
W1=Wmax，W2=Wmin， Rc=Wmin/Wmax=4680/9360=0.5，
又 NTU=KF/WminF=NTUWmin/K= 解法二：由热平衡方程W1(t1′-t1″)=W2(t2″-t2′)，代入数据，解得t1″=85℃ 逆流型换热器的对数平均温差为
【或者用算术平均温差Δtm=(Δtmax+Δtmin)】 传热量Q=W2Δt2=5441.8(32-4)=152370.4W 又
5.在一台1-2型壳式换热器中，管内冷却水从16℃升高到35℃， 10
管外空气从119℃下降到45℃，空气流量为19.6kg/min，换热器总传热系数K=84W/（m2•K），试计算所需的传热面积。 解：先按逆流算出对数平均温差为
故查图1.8，,=0.952，故对数平均温差
空气平均温差，查表得空气的比热cp=1009J/(kg•K) 空气的换热量 故需传热面积