过程设备设计Ⅱ学习通超星期末考试答案章节答案2024年

过程设备设计Ⅱ学习通超星期末考试章节答案2024年管壳式换热器有哪几种主要形式？各有什么特点？

答案:1.固定管板式：结构简单，承压高，管程易清洁，可能产生较大热应力；适用壳侧介质清洁；管、壳温差不大或大但壳侧压力不高。

2.浮头式：结构复杂，无热应力、管间和管内清洗方便，密封要求高。适用壳侧结垢及大温差。

3.U形管式：结构比较简单，内层管不能更换；适用管内清洁、高温高压。

4.填料函式：结构简单，管间和管内清洗方便，填料处易泄漏；适用4MPa以下，温度受限制。间壁式换热器有哪几种主要形式？各有什么特点？

答案:1.管式换热器

按传热管的结构形式不同大致可分为蛇管式换热器、套管式换热器、缠绕管式换热器和管壳式换热器。

在换热效率、结构紧凑性和单位传热面积的金属消耗量等方面不如其它新型换热器，但它具有结构坚固、可靠、适应性强、易于制造、能承受较高的操作压力和温度等优点。在高温、高压和大型换热器中，管式换热器仍占绝对优势，是目前使用最广泛的一类换热器。

2.板面式换热器

按传热板面的结构形式可分为：螺旋板式换热器、板式换热器、板翅式换热器、板壳式换热器和伞板式换热器。

传热性能要比管式换热器优越，由于其结构上的特点，使流体能在较低的速度下就达到湍流状态，从而强化了传热。板面式换热器采用板材制作，在大规模组织生产时，可降低设备成本，但其耐压性能比管式换热器差。

3.其他一些为满足工艺特殊要求而设计的具有特殊结构的换热器，如流化床换热器、热管换热器、聚四氟乙烯换热器和石墨换热器等。换热设备有哪几种主要形式？

答案:按换热设备热传递原理或传热方式进行分类，可分为以下几种主要形式：

1.直接接触式换热器

利用冷、热流体直接接触，彼此混合进行换热。

2.蓄热式换热器

借助于由固体构成的蓄热体与热流体和冷流体交替接触，把热量从热流体传递给冷流体。

3.间壁式换热器

利用间壁（固体壁面）冷热两种流体隔开，热量由热流体通过间壁传递给冷流体。

4.中间载热体式换热器

载热体在高温流体换热器和低温流体换热器之间循环，在高温流体换热器中吸收热量，在低温流体换热器中把热量释放给低温流体。换热管与管板连接方式有哪些？论述根据不同的连接方式是选择先焊还是先胀，并说明原因。

答案:连接型式的选择：在换热管和管板的连接中，单纯胀接或焊接结构的使用受到了GB/T151的一些限制。而胀焊并用结构由于能有效地减轻管束振动对焊口的损伤，避免间隙腐蚀，并且比单纯胀接或焊接结构具有更高的强度和密封性，因而得到广泛采用。目前常规换热器较多地采用贴胀+强度焊，而重要的或使用条件苛刻的换热器则要求采用强度胀+强度焊。

先胀后焊：对于贴胀+强度焊可采用先胀后焊的方法，而对于强度胀+强度焊则可宜采用先贴胀，再强度焊，最后强度胀的方法。原因如下：

1）管子与管板胀接后，在管端应留有15mm长的未胀管腔，以避免胀接应力与焊接应力的叠加，减少焊接应力对胀接的影响。

2）但15mm的未胀管段与管板管孔之间存在一个间隙，焊接时，由于高温熔化金属的影响，间隙内气体被加热而急剧膨胀、出现超高温高压状态。这些高温高压气体在外泄时对强度胀的密封性能造成致命的损伤，且焊缝收口处亦将留下肉眼难以觉察的针孔。（所以应重视管接头的焊接工艺及焊缝的无损检测）

3）虽然贴胀是不耐压的，但可以消除管子与管板管孔的间隙，所以能有效地减轻管束振动对管接头的影响。

另外，先胀后焊时不宜采用机械胀的方式，这是因为对焊接裂纹、气孔等很敏感的润滑油容易渗入，焊接时更容易产生缺陷。并且若要求均匀贴胀，宜采用由计算机控制的液袋式胀管机进行胀接。

先焊后胀：考虑到制造误差，一些管板管孔与换热管之间不可避免地存在着较大的间隙，并且这些间隙沿周向有可能是不均匀的。

对于先焊后胀，当间隙很小时，15mm的未胀管段将可以减轻胀接变形对焊接的影响。当间隙较大时，由于管子的刚性较大，并且焊缝承受切向剪力的能力相对较差，过大的胀接变形将越过15mm未胀区的缓冲而对焊接接头产生损伤，甚至造成焊口脱焊。所以，对于先焊后胀，控制管子与管板孔的精度及其配合是相当重要的问题。换热设备传热强化可采取哪些途径来实现？

答案:要使换热设备中传热过程强化，可通过提高传热系数、增大换热面积和增大平均传热温差来实现。提高传热系数的方法又可分为主动强化（有源强化）和被动强化（无源强化）：

1.主动强化

指需要采用外加的动力（如机械力、电磁力等）来增强传热的技术。如搅拌换热介质、使换热表面或流体振动、将电磁场作用于流体以促使换热表面附近流体的混合、将异种和同种流体喷入换热介质或将流体从换热表面抽走等技术。

2.被动强化

除了输送传热介质的功率消耗外不再需要附加动力来增强传热的技术。主要包括：涂层表面、粗糙表面、扩展表面、扰动元件、涡流发生器、射流冲击、螺旋管以及添加物等手段。在管壳式换热器中，采用最多的被动强化传热方法是扩展表面及管内放置强化传热元件，既能增加传热面积，又能提高传热系数。具体有：a.如槽管、翅片可增加近壁区湍流度，设计结构时要注意优先增强传热系数小的一侧的湍流度。

b.改变壳程挡板结构（多弓形折流板、异形孔板、网状整圆形板），减少死区。改变管束支撑结构（杆式支撑），减少死区。换热器流体诱导振动的主要原因有哪些？相应采取哪些防振措施？

答案:换热器流体诱导振动主要由横向流诱导振动引起的，主要原因有：卡曼漩涡、流体弹性扰动、湍流颤振、声振动、射流转换。

在横流速度较低时，容易产生周期性的卡曼漩涡，这时在换热器中既可能产生管子的振动，也可能产生声振动。当横流速度较高时，管子的振动一般情况下是由流体弹性不稳定性激发振动，但不会产生声振动。只有当横流速度很高，才会出现射流转换而引起管子的振动。

为了避免出现共振，要使激振频率远离固有频率。可通过改变流速、改变管子固有频率、增设消声板、抑制周期性漩涡、设置防冲板或导流筒等途径来实现。换热器与管板有哪几种连接方式？

答案:1.强度胀（密封与抗拉脱弱，无缝隙）；

2.强度焊（密封与抗拉脱强，有缝隙，存在焊接残余热应力）；

3.胀焊并用（先焊后胀，至少保证其中之一抗拉脱）。塔设备振动的原因有哪些？如何判断塔设备是否产生共振？如何预防振动。

答案:安装于室外的塔设备，在风力的作用下，将产生两个方向的振动。一种是顺风向的振动，即振动方向沿着风的方向；另一种是横向振动，即振动方向沿着风的垂直方向，又称横向振动或风的诱导振动。

为了防止塔的共振，塔在操作时激振力的频率(即升力作用的频率或旋涡脱落的频率)fv不得在塔体第一振型固有频率的0.85~1.3倍范围内。可采取以下措施达到这一目的：1.增大塔的固有频率。2.采用扰流装置。3.增大塔的阻尼。涡轮式搅拌器在容器中的流型及其应用范围。

答案:涡轮式搅拌器是应用较广的一种搅拌器，能有效地完成几乎所有的搅拌操作，并能处理粘度范围很广的流体，涡轮式应用范围为中粘度达50Pa.s，范围较广，转速较高，中容积。涡轮式搅拌器可分为开式和盘式二类。涡轮式搅拌器有较大的剪切力，可使流体微团分散得很细，适用于低粘度到中等粘度流体的混合、液—液分散、液—固悬浮，以及促进良好的传热、传质和化学反应。平直叶剪切作用较大，属剪切型搅拌器。弯叶是指叶片朝着流动方向弯曲，可降低功率消耗，适用于含有易碎固体颗粒的流体搅拌。

平直叶、后弯叶为径向流型。在有挡板时以桨叶为界形成上下两个循环流。折叶的还有轴向分流，近于轴流型。搅拌器在容器内的安装方法有哪几种？对于搅拌机顶插试中心安装的情况，其流型有什么特点？

答案:对于搅拌机顶插式中心安装的立式圆筒，有三种基本流型：径向流，轴向流，切向流。

除中心安装的搅拌机外，还有偏心式、底插式、侧插式、斜插式