09强化传热技术-试题及答案

《强化传热技术》课程试题参考答案及评分标准（中文试卷）

( A卷)

适用专业年级：过控06级考试方式: 口试

命题人：俞天兰

1、五月份，冷却水水量正常，420（t/h），实际进出口温度分别为25℃、26℃；氨气冷凝压力表指示1.45Mpa;电机功率指示为150KW。污垢清洗以后出口温度分别为25℃、29℃，请问冷却水可以节省多少？污垢清洗以后氨气冷凝压力和电机功率是增大还是减少？为什么？

正确答案要点：

①冷却水消耗量反比于进出口温度差。可以节省75％。

②污垢清洗以后氨气冷凝压力和电机功率减少了。因为冷却负荷不变，冷却传热系数系数提高以后，所需要的冷却传热温差近似反比额达降低。

2、冷凝式汽轮机发电机组的冷凝器真空度会影响出力（输出功率）大小？为什么？

正确答案要点：

① 冷凝式汽轮机发电机组的冷凝器真空度愈高，出力愈大。对于中小型发电机组，冷凝器真空度每提高1％。处理也提高1％。

② 因为真空度愈高，单位质量的高压蒸汽的膨胀功也愈大。

3、立式列管换热器管内流态化的粒子内循环动力学原理，方案设计中如何应用？

正确答案要点：

①立式列管换热器管内流态化的粒子自然内循环的动力，在于内循环管的密度远大于其它向上流动的传热管内的流态化粒子的密度，以此形成的静压力差。

②方案设计中，将内循环管的下端比其它向上流动的传热管下端更深入地插入入口室流态化层。

4、冷凝式汽轮机发电机组的冷凝器的冷却强化为什么会提高其真空度？

正确答案要点：

因为从传热学角度分析计算，其它条件不变，冷凝器冷却强化以后，对传热温差的要求降低，蒸汽冷凝温度降低，相应的冷凝压力也降低。

5螺旋板冷凝器、卧式列管换热器管三相流态化清洗的动力学原理与立式列管换热器管三相流态化清洗的主要不同点？

正确答案要点：

主要不同点在于，卧式列管换热器管三相流态化清洗时，流态化粒子会被管外液体带向下游。因此，方案设计中必须在横截面的自然循环流动的同时，还必须借助与管外液流方向相反方向的喷气分速度，使流态化粒子在底部回送，形成纵向截面的的自然循环流动。

6、立式列管换热器管外三相流态化清洗的动力学原理，方案设计中如何应用？

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正确答案要点：

1 自然循环的动力学原理在于喷气处，气－固－液三相流态化混合液的密度，远低于其它不喷气处的固－液两相流态化混合液的密度，以此形成的静压力差。

2 方案设计中，将列管换热器的管外分别设计为不同时喷气的区域，操作中实现切换作业。

7、水平传热管内螺旋流态化能够低流速下均匀化的原理？

正确答案要点：

水平传热管内流态化粒子，在重力作用下，势必会向下沉降到横截面的底部。但是，由于管内的螺旋流动的周向分速度，能够及时地将粒子推送到横截面的上部。

8、与传统流态化相比，旋液流态化的主要优势？

正确答案要点：

① 水平传热管内实现均匀流态化的流速要求大大降低，可以达到80％。

② 这是复合强化传热技术，气幅度更大。尤其对周期性流态化的换热器，在不需要流态化清洗时，也有较高的螺旋传热强化作用；

③ 弯道处，也能避免弯道内测管内壁污垢清洗不彻底、弯道外测管内壁污垢清洗过渡引发表面磨损的问题。

9、粒子浓度自动调控器的力学原理？

正确答案要点：

① 文秋里管喉部的负压吸引原理；

② 喷液孔出来流体对粒子的流态化动力搅拌作用。

10、请叙述传热管内的螺旋线自转的力学原理？

正确答案要点：

管内传热液体在螺旋线的导流作用下，由原先的单纯轴向流变为具有周向分速度的螺旋线流动，获得了一个动量矩。按其牛顿第三定律，传热液体也给螺旋线以等值、反向的动量矩。此即传热管内的螺旋线自转的动力矩，若其值超过阻力矩，螺旋线就会开始自转。

11、光滑扭带上设置斜齿的主要目的是什么？

正确答案要点：

① 每个斜齿成为有些类似轴向展开的汽轮机叶片那样的动力齿，使得扭带的自转动力矩几乎成倍强化，达到可以在较低流速下可靠自转清洗污垢的目的；

② 每个斜齿的下游充满涡流，使得管内对流传热非常有效的强化，其强化幅度为光滑扭带的若干倍。

12、导致斜齿平带传热强化的因素有哪些？

正确答案要点：

① 管内液体形成螺旋线流，与管内壁的相对流速加大；

② 管内液体每经过一个斜齿，就发生一次节流作用，产生大量的涡流；

③ 水力直径的减少；

④ 椭圆齿顶环形区流速加大的传热强化作用。

13、安装传热管内螺旋线的轴承座采用预旋结构有何效果？

正确答案要点：

由于倒导流片截面与斜向入口，加快了流速；②预旋有其周向分速度；③液流的平均半径增大。在三者共同作用下，形成具有与管内螺旋线的螺旋方向相反、其值又较大动量矩的液流冲推螺旋线，使螺旋线增加一个新的动力矩。

14、炼铁高炉以铸钢流态化长寿冷却壁取代铜冷却壁的传热学设计思路？

正确答案要点：

以铸钢替代球铁消除防渗碳剂形成的气体隔层热阻、周期性流态化清洗消除水垢热阻、管内螺旋对流传热强化、减低冷却水流道到热面的厚度导热热阻的综合传热强化，达到显著降低其热面温度，形成完整、稳定的渣皮隔热层，使得铸钢水冷壁与铜水冷壁一样，处于长期稳定运行在安全温度以下。

②尽量选择h大的流体给热状态。例如，有相变的蒸气冷凝维持在滴状冷凝状态等。

③提高管材导热系数、降低管壁污垢热阻.

a．尽量选择较大的载热体；

b．换热器金属壁面一般较薄且导热系数值大，所以热阻较小；但污垢层热阻很大，是阻碍传热的控制因素，应防止或减缓垢层形成并及时清除之。

以上提高K值的途径在具体实施时，要结合设备结构、动力消耗、清洗检修难易及实际效果等方面进行经济衡算，综合考虑，选取适当方法。

16、强化传热系数的原则是什么？

正确答案要点：

当h1和h2数值接近时，两者应同时提高；当h1<<h2。即相差较大时K值基本上接近于h小的值，即应设法提高h小的值。提高K值的具体办法，可以从以下几个方面考虑。

①增加湍流程度、减小对流传热的热阻、提高h值。

a．提高流体流速、增加湍流程度、减小滞流底层厚度，可有效地提高无相变流体的h值。例如：对列管换热器，增加管束程数及壳体加设折流板等。

b．改变流动条件。通过设计特殊传热壁面，使流体在流动过程中不断改变流动方向，提高湍流程度。例如：管式换热器设计成螺旋管、翅片管等；又如板式换热器流体的通道设计成凹凸不平的波纹或沟槽等。

但应注意，这两种方法都会增加流动阻力，有一定的局限性。

②尽量选择h大的流体给热状态。例如，有相变的蒸气冷凝维持在滴状冷凝状态等。

③提高管材导热系数、降低管壁污垢热阻.

a．尽量选择较大的载热体；

b．换热器金属壁面一般较薄且导热系数值大，所以热阻较小；但污垢层热阻很大，是阻碍传热的控制因素，应防止或减缓垢层形成并及时清除之。

以上提高K值的途径在具体实施时，要结合设备结构、动力消耗、清洗检修难易及实际效果等方面进行经济衡算，综合考虑，选取适当方法。

17、对于实际凝结换热器，有哪些方法可以提高膜状凝结换热系数？

正确答案要点：

减薄液膜厚度是强化膜状凝结换热的基本原则。减薄液膜厚度的方法：降低传热面的高度，或将竖管改置为横管，低肋管，锯齿管等。及时排液的方法：排液圈、沟槽。防止空气的漏入。

15、强化传热过程最有效的途径是增大传热面积吗？

正确答案要点：

依据总传热方程，强化传热过程的主要途径有三条，但哪一条较有利，要作具体分析。

（1）增大传热面积A

增大间壁式换热器传热面积A，可提高过程的传热速率。但增大A，对新设计的换热器意味着金属材料用量增加，设备投资费用增大，这里有个经济上是否合理的问题。

工程上不是单靠增加设备尺寸提高A，而是从设备紧凑性考虑，提高其单位体积的传热面积。如：改进传热面结构，采用螺纹管、波纹管代替光滑管，或采用新型换热器如翅片管式换热器等，都可以实现单位体积的传热面积增大的效果。如列管式换热器单位体积的传热面积是40-160（m2•m-3），而板式换热器单位体积的传热面积则为250-1500m（m2•m-3）。增大传热面积对正在使用的换热器显然是不易实现的。

（2）增大平均温度差

由冷流体和热流体的初、终温度决定，其中物料的温度由生产工艺决定，一般不能随意变动，而冷却和加热介质的温度则因选择介质的不同而异。

冷却剂一般用水，其进口温度随水源与季节不同，出口温度高低不仅影响传热温度差，而且也影响冷却剂用量。通常根据经验保证不小于10℃即可。

加热剂的选择应考虑技术上的可能性和经济上的合理性。若温度不超过200℃，多用饱和水蒸气为加热介质；若超过200℃，压力太高而使锅炉投资加大，且蒸汽管和换热器都要耐更高的压力，此时可采用其它加热介质。

当工艺规定冷、热流体温度时，采用逆流换热可获得较大的，亦可改用严格逆流的套管换热器或螺旋板换热器实现的增大。但增大的这一措施，往往很大程度上受到工艺因素的制约。

（3）增大传热系数K

增大传热系数K是强化传热过程最有效的途径。由K的计算公式：

可知,提高h，和降低R垢都能使K值增大。当h1和h2数值接近时，两者应同时提高；当h1<<h2。即相差较大时K值基本上接近于h小的值，即应设法提高h小的值。提高K值的具体办法，可以从以下几个方面考虑。

①增加湍流程度、减小对流传热的热阻、提高h值。

a．提高流体流速、增加湍流程度、减小滞流底层厚度，可有效地提高无相变流体的h值。例如：对列管换热器，增加管束程数及壳体加设折流板等。

但应注意，这两种方法都会增加流动阻力，有一定的局限性。

18、什么是污垢热阻？工程实际中怎样减少换热器中的污垢热阻？举几个例子。

正确答案要点：

表示换热设备传热面上因沉积物而导致传热效率下降程度的数值，即换热面上沉积物所产生的传热阻力，单位为㎡·K/W。工程实际中通常有在线除垢的方法（流态化技术、自转纽带、胶球技术等），也有停车化学清洗和机械清洗。

19、什么是有源强化换热（主动式强化换热）和无源强化换热（被动式强化换热）？

正确答案要点：

按其强化方法是否需要动力源来划分，分为有源强化换热（主动式强化换热）和无源强化换热（被动式强化换热）。有源强化换热技术有电磁场作用、静电场法、射流冲击强化传热、机械方法等；无源强化换热有粗糙表面法（螺旋槽管、缩放管、旋流管、波纹管）。

20、请介绍沸腾传热强化的原理及相关技术。

正确答案要点：

强化沸腾传热的基本原则是尽量增加加热面上的汽化核心，即产生汽泡的地点。具体如下：

1、强化大容器沸腾的表面结构

用烧结、钎焊等方法在传热表面上造成一层多孔结构；采用机械加工方法在传热管表面造成多孔结构；

2、强化管内沸腾的表面结构，比如三维微肋结构。

本文发布于:2024-09-21 06:02:36，感谢您对本站的认可！

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