1.什么叫熱交換器？

在工程中，將某種流體的熱量以一定的傳熱方式傳遞給他種流體的設(shè)備。

2.熱交換器設(shè)計應(yīng)該滿足哪些基本要求？

合理實現(xiàn)工藝要求。熱交換強度高，熱損失小，在有利的平均溫差下工作

結(jié)構(gòu)安全可靠。有與溫度和壓力條件相適應(yīng)的不易遭到破壞的工藝結(jié)構(gòu)

便于制造、安裝、操作和維修。 經(jīng)濟上合理。保證較低的流動阻力，以減少熱交換器的動力消耗 設(shè)備緊湊。

3.如何能做好全熱交換器設(shè)計？ 與傳熱學(xué)的發(fā)展相互促進，不可分割

多學(xué)科交叉：傳熱學(xué)、流體力學(xué)、工程力學(xué)、材料科學(xué)

涉及設(shè)計方法、設(shè)備結(jié)構(gòu)、測試技術(shù)、計算和優(yōu)化技術(shù)等 對設(shè)計者來說，扎實的理論知識+經(jīng)驗

4.熱交換器的類型有哪些？ 分類方法：按用途：預(yù)熱器（加熱器）、冷卻器、冷凝器、蒸發(fā)器 。按制造材料：金屬、陶瓷、塑料、石墨、玻璃等。按溫度狀況：溫度工況穩(wěn)定、溫度工況不穩(wěn)定。按冷熱流體的流動方向：順流式（并流式）、逆流式、錯流式（叉流式）、混流式。按傳送熱量的方法：間壁式、混合式、蓄熱式

5.熱交換器的選型應(yīng)考慮哪些因素？

基本標(biāo)準(zhǔn)：流體類型、操作壓力和溫度、熱負荷和費用等。對于一定熱負荷熱交換器的選型考慮因素：熱交換器材質(zhì)；操作壓力與溫度、溫度變化情況、溫度推動力；流量；流動方式；性能參數(shù)—熱效率和壓降；結(jié)構(gòu)性；流體種類和相態(tài)；維護、檢測、清洗、拓展、維修的可能性；總的經(jīng)濟性；加工制造技術(shù)；其它的用途

6.熱交換器的設(shè)計計算包括哪些內(nèi)容？熱計算，結(jié)構(gòu)計算，流

動阻力計算，強度計算。 

7.名詞解釋

間壁式熱交換器：兩流體分別在一個固體壁面兩側(cè)流動，不直接接觸，熱量通過壁面進行傳遞。 混合式：或稱直接接觸式。兩種流體直接接觸傳熱

蓄熱式：或稱回?zé)崾?。兩種流體分別分時輪流和壁面接觸，熱量借助蓄熱壁面?zhèn)鬟f

沉浸式熱交換器 結(jié)構(gòu)：這種熱交換器多以金屬管子繞成，或制成各種與容器相適應(yīng)的情況，并沉浸在容器內(nèi)的液體中。 優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單，便于防腐，能承受高壓。 缺點：由于容器體積比管子的體積大得多,因此管外流體的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)較小。 為提高傳熱系數(shù)，容器內(nèi)可安裝攪拌器。

噴淋式熱交換器、結(jié)構(gòu)：多用于冷卻管內(nèi)的熱流體。將蛇管成排地固定于鋼架上，被冷卻的流體在管內(nèi)流動，冷卻水由管上方的噴淋裝置中均勻淋下，故又稱噴淋式冷卻器。優(yōu)點：傳熱推動力大，傳熱效果好，便于檢修和清洗。缺點：噴淋不易均勻。 套管式熱交換器、結(jié)構(gòu)：將兩種直徑大小不同的直管裝成同心套管，并可用U形肘管把管段串聯(lián)起來，每一段直管稱作一程。 優(yōu)點：進行熱交換時使一種流體在內(nèi)管流過，另一種則在套管間的環(huán)隙中通過。流速高，表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)大，逆流流動，平均溫差最大，結(jié)構(gòu)簡單，能承受高壓，應(yīng)用方便。

管殼式熱交換器、類型：固定管板式 浮頭式 U型管式。是最典型的間壁式熱交換器，歷史悠久，占據(jù)主導(dǎo)作用?！?優(yōu)點：單位體積設(shè)備所能提供的傳熱面積大，傳熱效果好，結(jié)構(gòu)堅固，可選用的結(jié)構(gòu)材料范圍寬廣，操作彈性大，大型裝置中普遍采用?！?結(jié)構(gòu)：殼體、管束、管板、折流擋板和封頭。 一種流體在管內(nèi)流動，其行程稱為管程；另一種流體在管外流動，其行程稱為殼程。管束的壁面即為

傳熱面。

順流：兩種流體平行著向著同一方向流動

逆流：兩種流體平行著向著相反的方向流動

錯流：兩種流體的流動方向互相垂直交叉，當(dāng)交叉次數(shù)在四次以上時，可根據(jù)兩種流體流向的總趨勢將其看成逆流或順流。 混流：兩種流體在流動過程中既有順流部分又有逆流部分 程數(shù)：管殼式熱交換器，因裝置縱向隔板而是流體來回流動的次數(shù)，稱為程數(shù)。 間壁式熱交換器的類型及特點 ：間壁式熱交換器又可分成管式熱交換器、板式熱交換器、夾套式熱交換器以及各種異形傳熱面組成的特殊型式熱交換器。 第一章 概念： 傳熱方程式： 熱平衡方程式： 熱容量： 熱損失系數(shù)：

ηL—以放熱量為準(zhǔn)的對外散熱

損失系數(shù)，0.97～0.98 對數(shù)平均溫差： 溫度效率： 混合流： 非混合流： 傳熱單元數(shù)： 傳熱有效度：

溫度交叉：溫度交叉是指在熱交換器中局部出現(xiàn)了熱流體溫度比冷流體溫度低的情況，在溫度分布曲線上表現(xiàn)為冷熱流體的溫度曲線出現(xiàn)了交叉。 

思考題：

1.設(shè)計計算和校核計算有什么不同？

設(shè)計性熱計算目的在于決定熱交換器的傳熱面積，最好采用平均溫差法。

校核計算是針對現(xiàn)成的熱交換器，其目的在于確定流體的出口溫度，并了解該熱交換器在非設(shè)計工況下的性能變化，判斷能否完成在非設(shè)計工況下的傳熱任

務(wù)，采用傳熱單元數(shù)法。 2．順、逆流時對數(shù)平均溫差的計算公式是在什么假定條件下得到的？答：兩種流體的質(zhì)量流量和比熱在整個傳熱面上保持定值；傳熱系數(shù)在整個傳熱面上不變；熱交換器沒有熱損失；沿管子的軸向?qū)峥梢院雎?；同一種流體從進口到出口的流動過程中，不能既有相變又有單相對流換熱。

3．“逆流熱交換器和順流熱交換器在設(shè)計時均可以通過增加傳熱單元數(shù)來提高傳熱有效度”，這一觀點正確嗎？為什么？ 答：這一觀點不正確。在相同的傳熱單元數(shù)時，逆流熱交換器的傳熱有效度總是大于順流的，且隨傳熱單元數(shù)的增加而增加。在順流熱交換器中則與此相反，其傳熱有效度一般隨傳熱單元數(shù)的增加而趨于定值。

4．什么是“溫度交叉”問題？（1-2）型熱交換器中采用什么樣的流動方式可能會出現(xiàn)這一問題？怎樣避免？答：采用先逆后順的熱交換器時，要特別注意溫度交叉現(xiàn)象！避免溫度交叉的方法：增加管外程數(shù)或改為兩臺單殼程換熱器串聯(lián)，如兩臺<1-2>型，改為<2-4>型。

第二章 管殼式熱交換器 管殼式熱交換器按其結(jié)構(gòu)不同可分為幾種類型？其結(jié)構(gòu)特點如何？

答：固定管板式、U形管式、浮頭式、填料函式。

管殼式熱交換器中，管子的排列方式有幾種？各有何特點？ 答：等邊三角形法、同心圓法、正方形法。排列特點：等邊三角形排列比較緊湊，管外流體湍動程度高，表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)大，最合理常用。同心圓法，靠近殼體的布管均勻；管板上劃線、制造和裝配比較困難。正方形排列雖比較松散，傳熱效果也較差，但管外清洗方便，對易結(jié)垢流體更為適用。

管殼式熱交換器中管側(cè)和殼側(cè)分別如何分程？分程的目的是什么？

答：殼側(cè)用折流板、縱向隔板： 管側(cè)用分程隔板：

目的；提高流體流速，進而提高換熱系數(shù)。

管殼式熱交換器設(shè)計時，對弓形折流板的缺口和間距應(yīng)如何要求？

弓形缺口太大或太小都會產(chǎn)生"死區(qū)"，既不利于傳熱，又往往增加流體阻力。 缺口弦高一般為殼體內(nèi)徑的20％～45％。

折流板的間距對殼體的流動亦有重要的影響。間距太大，不能保證流體垂直流過管束，使管外表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)下降；間距太小，不便于制造和檢修，阻力損失亦大。

一般取折流板間距為殼體內(nèi)徑的0.2～1.0倍，且不小于50 mm，不大于表2.5的規(guī)定。 換熱管直徑的選擇應(yīng)考慮哪些因素？

考慮到制造和維修的方便，加熱管的規(guī)格不宜過多。目前我國試行的系列標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定采用φ19x2 和φ25x2.5兩種規(guī)格，對一般流體是適應(yīng)的。 換熱管推薦長度：1.0、1.5、2.0、2.5、3.0、4.5、6.0、7.5、9.0、12.0 m。換熱管直徑越小，換熱器單位體積的傳熱面積越大，設(shè)備緊湊；管徑小，管子承壓能力大。對于潔凈的流體管徑可取小些。但對于不潔凈或易結(jié)垢的流體，管徑應(yīng)取得大些，以免堵塞。 管殼式熱交換器設(shè)計中，如果將換熱管加長、管子數(shù)目減少以保證傳熱面積不變，結(jié)果會帶來什么影響？

進出口折流板間距與中間折流板的間距不等時，對殼側(cè)的傳熱及流動阻力有何影響？ 答：間距變大，阻力變小，換熱減弱；間距變小，阻力增大，換

熱增強。

熱交換器設(shè)計中怎樣合理確定流速和壓降？

由生產(chǎn)條件所需壓降來限制流速，在允許壓降的范圍內(nèi)，盡量使流體達到湍流。 根據(jù)技術(shù)經(jīng)濟比較來確定最佳流速，使設(shè)備的投資費用與運行費用之和最低。

此外要考慮機械條件的限制（流速的提高應(yīng)當(dāng)避免發(fā)生水力沖擊、振動以及沖蝕等現(xiàn)象）和結(jié)構(gòu)的要求（當(dāng)速度提得很高時，所需的管數(shù)少了，這時為了要保證所需的傳熱面積，就必須增大管子的長度或增加程數(shù)）。實際上所選用的流速常低于最佳流速，推薦值見附錄F 換熱系數(shù)和流動阻力都隨流速增大而增加，但流阻增大的速率遠超過換熱系數(shù)。

管殼式熱交換器中常采用多程折流、交叉流方式，是出于什么考慮？

答：需要傳遞更多的熱量。 管殼式熱交換器管程、殼程介質(zhì)如何確定？

管側(cè)流體：容積流量小的流體；不清潔、易結(jié)垢的不清潔流體；壓力高的流體；有腐蝕性的或有毒的流體；高溫流體或在低溫裝置中的低溫流體。

殼側(cè)流體：容積流量大的流體特別是常壓下的氣體；剛性結(jié)構(gòu)熱交換器中兩流體溫差較大時，換熱系數(shù)大的流體；

高粘度流體；飽和蒸汽冷凝時。 一般而言管程能達到湍流條件就令流體走管程，否則可考慮走殼程

管殼式熱交換器中溫差應(yīng)力產(chǎn)生的原因是什么？補償措施有哪些？

除了由壓力產(chǎn)生的應(yīng)力之外，還會由于殼體、管子所接觸的流體溫度不等，使殼體、管束的伸長受到約束，從而在軸向產(chǎn)生拉應(yīng)力或壓應(yīng)力，這種由溫差引起的力稱為溫差應(yīng)力。

工藝措施：設(shè)法減小管束與殼體

間的溫差

結(jié)構(gòu)措施：采用膨脹節(jié)（補償圈）補償；管束和殼體均能自由膨脹結(jié)構(gòu)：浮頭式、U形管式、填料函式；彈性管板補償；雙套管補償

管殼式熱交換器設(shè)計時流體流動空間的選擇原則是什么？對于水—機油熱交換器和蒸汽—水熱交換器來說，兩種熱交換器的流體流動空間的合理方案應(yīng)如何安排？

（1）要盡量提高使傳熱系數(shù)受到限制的那一側(cè)的換熱系數(shù)，使傳熱面兩側(cè)的傳熱條件盡量接近；（2）盡量節(jié)省金屬材料，特別是貴重材料，以降低制造成本；（3）要便于清洗積垢，以保證運行可靠；（4）在溫度較高的熱交換器中應(yīng)減少熱損失，而在制冷設(shè)備中則應(yīng)減少冷量損失；（5）要減小殼體和管子因受熱不同而產(chǎn)生的溫差應(yīng)力，以便使結(jié)構(gòu)得到簡化；（6）在高壓下工作的熱交換器，應(yīng)盡量使密封簡單而可靠；（7）要便于流體的流入、分配和排出。

機油的水冷器水-機油：機油走殼側(cè)，水走管側(cè)。

水蒸汽的冷凝器，冷卻介質(zhì)為水蒸汽—水：蒸汽走殼側(cè)，水走管側(cè)。

熱流體：水，進口溫度110℃，出口溫度80 ℃，流量55t/h，運行壓力4bar；冷流體：氨，進口溫度20℃，出口溫度45℃，運行壓力12bar---氨走殼側(cè)，水走管側(cè)。

管殼式熱交換器設(shè)計過程中，F(xiàn)0"/F0小于1.1（或者大于1.2），你會做何調(diào)整？其調(diào)整會對傳熱計算及阻力計算帶來什么影響？

在進行熱交換器流體速度選擇時，應(yīng)考慮哪些因素？

管殼式熱交換器設(shè)計過程中，長徑比L/D小于規(guī)定值應(yīng)如何調(diào)整？其調(diào)整會對傳熱計算及阻力計算帶來什么影響？

答：當(dāng)長徑比小于規(guī)定值時，說明管長不夠且殼體直徑過大，調(diào)整的方法有：當(dāng)與規(guī)定值相差不大時，假定的傳熱系數(shù)減小，加長管子長度，保持管子數(shù)不變，此時，管程流速不變，對流換熱系數(shù)不變，殼程加長，流動阻力加大。當(dāng)與規(guī)定值相差較大時，重新選擇流動方式，確定傳熱系數(shù)k。 第三章

為什么說螺旋板式熱交換器可以實現(xiàn)純逆流換熱？

I型、II型、III型螺旋板式熱交換器的結(jié)構(gòu)有何不同？各適用于什么場合？

螺旋板式熱交換器有何優(yōu)缺點？

板翅式熱交換器中翅片的作用有哪些？導(dǎo)流片的作用有哪些？

板翅式熱交換器的翅片有幾種形式？其特點如何？ 板翅式換熱器具有哪些優(yōu)點和不足？

翅片結(jié)構(gòu)參數(shù)的選取應(yīng)考慮哪些因素？

翅片管熱交換器適用于什么場合，有何特點？管內(nèi)或管外加翅片是出于什么原因考慮的？

熱管有哪幾種類型？其工作特性如何？

熱管的工作會受到哪些工作極限的限制？其產(chǎn)生的原因如何？

熱管的傳熱過程是怎樣的？其熱阻網(wǎng)絡(luò)圖如何？對于氣-氣傳熱和氣-液傳熱過程，應(yīng)怎么考慮加翅片以增強傳熱？