一、识图题
1、根据下图给出的热管结构图，简述吸液芯热管的工作原理、组成。其工作循环有几个工作过程？沿壳体轴心可分为几个工作段？ 答：工作原理: 外部热源的热量，通过蒸发段管壁和浸满工质的吸液芯吸热使液体工质的温度上升：液体温度上升，液面蒸发，直升达到饱和蒸汽压，此时热量以潜热的方式循环工作。蒸发段的饱和蒸汽压随着液体温度上升而升高。在压差的作用下，蒸汽通过蒸汽管道流向低压且温度也较低的冷凝段，并在冷凝段的气液界面上冷凝，放出潜热。放出的热量从气液界面通过充满工质的吸液芯和管壁的导热，传给热管外冷源。冷凝的液体通过吸液芯回流到蒸发段，完成一个循环。如此往返，不断地将热量从蒸发段传至冷凝段。热管由管壳、吸液芯和端盖三个部分组成。液体的蒸发;
2、蒸汽的流动;
3、蒸汽的凝结;
4、凝结液的回流.沿轴向可将热管分为三段,即蒸发段、冷凝段和绝热段。
2、说明图中冷却塔指示部件名称，并简述其冷却传热机理。 用水作为循环冷却剂，从一系统中吸收热量排放至大气中，以降低水温的装置;其冷是利用水与空气流动接触后进行冷热交换产生蒸汽，蒸汽挥发带走热量达到蒸发散热、对流传热和辐射传热等原理来散去工业上或制冷空调中产生的余热来降低水温的蒸发散热装置
2.1冷水塔工作原理及作用’
利用吹进来的风与由上而下的水形成对流，把热源排走，一部分水在对流中蒸发，带走相应的蒸发潜热。从而降低温度。作用是节约用水、循环用水的建筑物。
3、说明下图板式换热器指示部件名称，简述工作过程。
答：板式换热器是由许多波纹形的传热板片，按一定的间隔，通过橡胶垫片压紧组成的可拆
卸的换热设备。板片组装时，两组交替排列，板与板之间用粘结剂把橡胶密封板条固定好，
其作用是防止流体泄漏并使两板之间形成狭窄的网形流道，换热板片压成各种波纹形，以增
加换热板片面积和刚性，并能使流体在低流速成下形成湍流，以达到强化传热的效果。板上
的四个角孔，形成了流体的分配管和泄集管，两种换热介质分别流入各自流道，形成逆流或
并流通过每个板片进行热量的交换。
4、几种管式换热器比较。
答：1.固定管板式换热器：管束连接在管板上，管板与壳体焊接。其优点是结构简单、紧凑、能承受较高的压力，造价低，管程清洗方便，管子损坏时易于堵塞或更换；缺点是当管束与壳体的壁温或材料的线胀系数相差较大时，壳体与管束将会产生较大的热应力。
(工作原理): 定管板换热器管程和壳程中，流过不同温度的流体，通过热交换完成换热。当两流体的温度差较大时，为了避免较高的温差应力，通常在壳程的适当位置上，增加一个补偿圈（膨胀节）。当壳体和管束热膨胀不同时，补偿圈发生缓慢的弹性变形来补偿因温差应力引起的热膨胀。
2.U形换热管：只有一块管板，管束由多根U形管组成，管的两端固定在同一根管板上管子可自由伸缩。当壳体与U形换热管有温差时，不会产生热应力
（工作原理）: U
型管式换热器管程每根管子都弯成U形，管子的两端分别安装在同一固定管板的两侧，并用隔板将封头隔成两室，每根管子都可以自动收缩，与其它管子和外壳无关，即使壳体与管子间温差很大时也使用
3.浮头换热器：管间与管内清洗方便，不会产生热应力；但其结构复杂，造价比固定管板式换热器高，设备笨重，材料消耗大，且浮头端小盖在操作中无法检验，制造时对密封要求较高。适用于壳体与管束之间壁温差较大或壳程介质易结垢的场合。
（工作原理）：浮头式换热器的一端管板与壳体固定，而另一端的管板可在壳体内自由浮动，见下图。壳体和管束对热膨胀是自由的，故而两种介质的温差较大时，管束与壳体之间不产生温差应力。 4.填料函式换热器：与浮头式换热器相类似，浮头部分露在壳体以外，在浮头与壳体的滑动接触面处采用填料函式密封结构。由于采用填料函式密封结构，使得管束在壳体轴向可自由伸缩，壳壁与管壁不会产生热变形差，从而避免可热应力。其结构较浮头式换热器简单，加工制造方便，节省材料，造价比较低廉，且管束从壳体内可以抽出，管内、管间都能清洗，维修方便。
二、简答题
1、试述平均温差法与效能-单元法在换热器传热计算中各自的特点？ 答：（1） LMTD法和ε-NTU法都可用于换热器的设计计算和校核计算。这两种方法的设计计算繁简程度差不多。（2）采用LMTD法可以从求出的温差修正系数φΔt的大小看出所选用的流动形式接近逆流程度,有助于流动形式的选择,这是ε-NTU法所做不到的。对于校核计算,两法都要试算传热系数,但是由于LMTD法需反复进行对数计算故较ε-NTU法稍嫌麻烦些,校核计算时如果传热系数已知,则ε-NTU法可直接求得结果,要比LMTD法简便得多。
2、比较干式壳管式蒸发器和满液式蒸发器，各自的优点是什么？ 答：比较干式壳管式蒸发器和满液式壳管式蒸发器，各自的优点是什么？
干式壳管式蒸发器：换热管（管程）内走制冷剂，管外（壳程）为走水，换热形式为液体和气液混合物换热。体积大，这限制了机组制冷制热能力不能太大。干式蒸发器主要用于中小型机组（≤1500KW）。不能拆开清洗，只能用化学腐蚀方法清洗。 满液式壳管式蒸发器：换热管（管程）内走水，管外（壳程）为液态制冷剂，换热形式以液体和液体换热为主。体积小。因此单个换热器可以交换的热量更多。在大型螺杆式和离心式机组中均采用满液式（单机容量可达4000KW）。清洗只需将两端水箱和椭圆封头固定螺栓松开，即可方便进行清洗。
满液式蒸发器具有更高的传热效率，大大缩小了传热温差，使机组的效率提高了15%左右，大幅度降低了运行费用。
3、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?
答：采用水冷时，管道内外均为换热较强的水，两侧流体的换热热阻较小，因而水垢的产生在总热阻中所占的比例较大。而空气冷却时，气侧热阻较大，这时，水垢的产生对总热阻影响不大。故水垢产生对采用水冷的管道的传热系数影响较大。
4、对壳管式换热器来说，两种流体在下列情况下，何种走管内，何种走管外？
流体类型：(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。
答案：(1)不清洁流体应在管内，因为壳侧清洗比较困难，而管内可定期折开端盖清洗； (2)腐蚀性大的流体走管内，因为更换管束的代价比更换壳体要低，且如将腐蚀性强的流体置于壳侧，被腐蚀的不仅是壳体，还有管子； (3)温度低的流体置于壳侧，这样可以减小换热器散热损失； (4)压力大的流体置于管内，因为管侧耐压高，且低压流体置于壳侧时有利于减小阻力损失； (5)流量大的流体放在管外，横向冲刷管束可使表面传热系数增加； (6)粘度大的流体放在管外，可使管外侧表面传热系数增加。
5、为提高翅片式管式换热器的换热效果，通常在平翅片表面开孔，开槽使其表面结构改变的翅片称为间断型翅片，试从流体传热的角度分析间断型翅片管式换热器强化传热机理
6、有一台钢管换热器，热水在管内流动，空气在管束间作多次折流横向冲刷管束以冷却管内热水。有人提出，为提高冷却效果，采用管外加装肋片并将钢管换成铜管。请你评价这一方案的合理性。
答：该换热器管内为水的对流换热，管外为空气的对流换热，主要热阻在管外空气侧，因而在管外加装肋片可强化传热。注意到钢的导热系数虽然小于铜的，但该换热器中管壁导热热阻不是传热过程的主要热阻，因而无需将钢管换成铜管。
7、简述蒸发式冷凝器的工作原理。
答：蒸发式冷凝器工作时，制冷剂蒸汽从上部进入蛇形管组，在管内凝结放热并从下部
出液管流入贮液器。而冷却水由循环水泵送到喷水器，从蛇形盘管组的正上方向盘管组的表面喷淋，通过管壁吸收管内冷凝热量而蒸发。设在箱体侧面或顶部的风机强迫空气自下而上掠过盘管，促进水的蒸发并带走蒸发的水分。
8、举例说明5种换热器，并说明两种流体的传热方式？说明两种流体的传热机理
答： 1）蒸发器：间壁式，蒸发相变—导热—对流 2）冷凝器：间壁式，冷凝相变—导热—对流 3）锅炉：间壁式，辐射—导热—对流 4）凉水塔：混合式，接触传热传质 5）空气预热器：蓄热式，对流—蓄热，蓄热—对流
9、为强化一台冷油器的传热，有人用提高冷却水流速的办法，但发现效果并不显著，试分析原因。
答：冷油器中由于油的粘度较大，对流换热表面传热系数较小，占整个传热过程中热阻的主要部分，而冷却水的对流换热热阻较小，不占主导地位，因而用提高水速的方法，只能减小不占主导地位的水侧热阻，故效果不显著。
10、试解释干式冷却和析湿冷却，析湿系数和接触系数。 等湿(干式)冷却：冷表面的温度高于进口空气的露点温度，空气中含有的水蒸气不会凝结，空气在含湿量不变的情况下得到冷却。空冷器空气侧的换热属于无相变换热。
析湿冷却：如果冷表面的温度低于进口空气的露点温度，空气中的水蒸气就会凝结而从空气中析出，在冷表面形成水膜，此时空气的温度和含湿量同时下降。夏天空气流经表面式空冷器的蒸发器时，一般都是析湿冷却过程。空气流经蒸发器时状态的变化用h-d图来表示 空气冷却器的总热交换热流量与显热交换热流量之比称为析湿系数.实际情况下的换热热流量与理想情况下的换热热流量被称为接触系数(或称表面冷却效率).
11、制冷系统中，循环的制冷剂含有润滑油对管内沸腾换热有何影响？
制冷剂含有润滑油质量分数一般为0.2％～10％
对能与润滑油互溶的R12和R22，对流表面传热系数增大；对制冷剂和矿物油不互溶的氨(R717)，使换热明显恶化，对流表面传热系数下降约30％。
12、简述板翅式换热器特点及应用场合
之比值板翅式的特点是传热效率高、轻巧、牢固、适应性大，可适用多种介质热交换、经济性好
13、常用水冷式冷凝器有几种型式？各有什么特点？主要用于何种场合？
水冷式冷凝器 ：冷却水可用天然水、自来水或经冷却水塔冷却后的循环水。耗水量不大的小型装置可使用自来水，大、中型装置可使用循环水。目前制冷装置中大多采用水冷式冷凝器。 1.卧式壳管式冷凝器
冷凝器的管程数一般为偶数，冷却水的进、出口就可以设在同一个端盖上，而且冷却水从下面流进，上面流出。 卧式壳管式氨冷凝器通常采用25～38的无缝钢管， 氟利昂冷凝器可用无缝钢管(一般以上)，也可用滚压翅片铜管。 应用：广泛用于大、中、小型氨或氟利昂制冷装置中。 2.立式壳管式冷凝器 应用：只用于大、中型氨制冷装置。 导流管嘴作用：使冷却水均匀地分配到每根钢管。 立式壳管式冷凝器管一般用
的无缝钢管。 3．套管式冷凝器 结构：由两种不同管径的管子制成，将单根或多根小直径管套在大直径的管内，然后绕成蛇形管式或螺旋形。图5-3为具有三根小管的套管式冷凝器。应用：广泛用于小于25 kW的小型空调器机组中；用于氟利昂机组时，内管常用滚压翅片铜管。 14：管壳式换热器横向折流板有何作用 答：折流板或支承板(为横向挡板)的作用:可以提高管外流体的流速，并可使流体充分流经管面，改善流体对管子的冲刷角度，从而提高壳侧的换热系数，同时还可以起支承管束的作用。
15、管壳式换热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？
答： （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。
16、热管的传热过程是怎样的？其热阻网络图如何？ R1——环境热源对热管加热段外壁的换热 R2——热管加热段管壁的导热，热阻为R2 R3——热管蒸发段吸液芯-液体组合层的传热 R4——蒸发段液-汽界面的相变换热 R5——从蒸发段到凝结段蒸汽流动传热 R6——凝结段汽-液界面蒸汽的相变换热 R7——凝结段吸液芯-液体组合层的传热 R8——凝结段管壁的导热
R9——冷却段外壁与环境冷源间的换热 R10——从加热段至冷却段管壁的轴向导热 R11——通过吸液芯的轴向导热 热阻网络图：P199 17.阐述蓄热交换器的特点及优点。
答：蓄热材料的壁面温度在整个工作周期中呈周期性变化, 且在加热期间的变化情况与冷却期间的变化情况也不相同。 2)除了在蓄热式换热器的冷、热气体进口气体进口处之外，冷热气体的温度随时间呈周期性变化。
18.换热管道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。 19.简述四种壳管式热交换器（固，U浮，填）的区别。
20.壳管式热交换器设计时，对弓形折流板的缺口和间距应如何要求？
答：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。
21为提高换热器是传热性能，通常需对换热器作强化传热原理，简述目前常用强化传热途径？
答：（1）增大传热面积 增大传热面积，可以提高换热器的传热速率。（2）增大平均温度差 增大平均温度差，可以提高换热器的传热效率。（3）增大总传热系数 增大总传热系数，可以提高换热器的传热效率
22、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？
答：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。这种由温度引起的力称为温差应力。热补偿措施有：减小管子与壳体的温差；采用膨胀节；使管束和壳体均能自由膨胀；弹性管板补偿。
计算题
1、传热面积为15.8㎡，逆流，用油加热冷水，油流量2.85kg/s，进口温度110℃，水流量0.667kg/s，进口温度35℃，油和水平均比热分别1.9kJ/(kg·℃)和.18kJ/(kg·℃)，总传热系数320W/㎡·℃，求水出口温度
2、用100℃饱和水蒸汽加热冷水，单台使用时，冷水的进口温度10℃，出口温度为30℃，若保持水流量不变，将此种换热器五台串联使用，水出口温度？总换热量提高多少倍？
解：根据题意，将换热器增加为5台串联使用，将使得传热面积增大为原来的5倍，相比较水蒸气换热为相变换热的流体，水为热容值小的流体，因此
根据热平衡式，对于冷水，热容值不变，温差增大的倍数为换热量增加的倍数：
3、一台逆流水-水换热器，t1\'=87.5℃，流量每小时9000kg，t2\'=32℃，流量为每小时13500kg，总传热系数K=1740W/(㎡·K)，传热面积A=3.75㎡，求热水出口温度。
解：取水的定压质量比热cp=4200J/( kg•K) 因而W1=Wmin，W2=Wmax
4、某逆流式换热器，qm1=500kg/h，t1\'=250℃，qm2=1100kg/h,t2\'=40℃，传热系数K=162.8W/(㎡·K)，传热面积A=0.91㎡，求(1)换热器效率(效能比)(2冷热空气出口温度)(Cp1=1.038kJ/(kg·K),Cp2=1.005)kJ/(kg·K)
解：
1.在一台1-2型壳式换热器中，管内冷却水从16℃升高到35℃，管外空气从119℃下降到45℃，空气流量为9.6kg/min，换热器总传热系数k＝84W/（㎡k），试计算所需的传热面积。
查表得空气的比热cp=1009J/(kg•K)
2.已知t4\'＝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。 ⑴逆流布置；
⑵一次交叉，两种流体均不混合； ⑶1-2型壳管型，热流体在壳侧； ⑷2-4型壳管型，热流体在壳侧； ⑸顺列布置。 解：
3.某一错流式热交换器中（两种流体各自均无横向混合的一次错流），以排出的热气体将2.5kg/s的水从35℃加热到85℃，热气体的比热为1.09kg/（kg ℃），进入热交换器的温度为200℃，离开时的温度为93℃，若该热交换器的传热系数180w/（㎡ ℃）。 ⑴试求其传热面积和平均温度； ⑵若水的流量减少一半，而气体的流量及两流体的进口温度保持不变，计算因水流量减少而导致换热流量减小的百分比，假定传热系数不变。
4.一逆流式壳管热交换器，采用将油从100℃冷却到65℃的方法把水从25℃加热到50℃，这些热交换器是按传热量20KW，传热系数340w/（㎡ ℃）的条件设计的。 ⑴试计算传热面积F1；
⑵假设上面所说的油相当脏，以致在分析中必须取其污垢热阻为0.004㎡ ℃/w，这时传热面积F2应为多少？
⑶若传热面积仍为F1，流体进口温度不变，当选用这一污垢热阻后，传热量会减少多少？
5.换热器用100℃水蒸气将一定油流量从20℃加热到80℃，现将油流量增大一倍，其他条件不变，问油出口温度是多少？
解得
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