换热器知识练习题及答案分享

换热器知识练习题及答案分享

一、单选题

1.下列哪种类型的换热器适用于大温差、低流速的场合？（）（1分）A.螺旋板式换热器B.管壳式换热器C.板式换热器D.翅片管式换热器【答案】B【解析】管壳式换热器结构坚固，适用于大温差、低流速的场合

2.换热器中，流体流动方向为逆流时，其传热效率通常（）（1分）A.较低B.较高C.与并流相同D.无法确定【答案】B【解析】逆流布置能更有效地利用温差，提高传热效率

3.在换热器设计中，选择合适的传热面积主要考虑（）（1分）A.流体流速B.材料成本C.传热系数D.压力降【答案】C【解析】传热面积直接影响传热效率，需根据传热系数计算

4.管壳式换热器中，通常采用折流板的主要目的是（）（2分）A.增加传热面积B.减少压降C.改善流体流动D.防止结垢【答案】C【解析】折流板能使流体产生湍流，增强传热效果

5.以下哪种情况会导致换热器传热效率下降？（）（2分）A.流体流速增加B.管壁结垢C.传热面积增大D.流体粘度降低【答案】B【解析】管壁结垢会形成热阻，降低传热效率

6.在板式换热器中，常用的密封垫片材料是（）（1分）A.金属垫片B.橡胶垫片C.石墨垫片D.陶瓷垫片【答案】B【解析】橡胶垫片具有良好的弹性和密封性，适用于板式换热器

7.换热器中，流体流动方向为并流时，其出口温差通常（）（1分）A.较大B.较小C.与逆流相同D.无法确定【答案】B【解析】并流布置温差逐渐减小，出口温差较小

8.螺旋板式换热器的优点不包括（）（2分）A.结构紧凑B.传热效率高C.易于清洗D.承压能力高【答案】C【解析】螺旋板式换热器结构复杂，不易清洗

9.换热器中，流体流动方向为错流时，其传热效率通常（）（1分）A.较低B.较高C.与逆流相同D.无法确定【答案】B【解析】错流布置能增强湍流，提高传热效率

10.翅片管式换热器适用于（）（1分）A.高温高压场合B.低速大温差场合C.空气冷却D.液体冷却【答案】C【解析】翅片管式换热器能有效增强空气侧传热，适用于空气冷却

二、多选题（每题4分，共20分）

1.以下哪些属于换热器常见故障？（）A.结垢B.泄漏C.传热效率下降D.压力降过大E.流体堵塞【答案】A、B、C、D、E【解析】结垢、泄漏、传热效率下降、压力降过大、流体堵塞均属于换热器常见故障

2.换热器设计中，需要考虑的因素包括（）（4分）A.传热系数B.压力降C.材料选择D.流体性质E.结构形式【答案】A、B、C、D、E【解析】换热器设计需综合考虑传热系数、压力降、材料选择、流体性质和结构形式等因素

3.以下哪些属于板式换热器的优点？（）（4分）A.结构紧凑B.传热效率高C.易于清洗D.承压能力高E.适用于高温高压场合【答案】A、B【解析】板式换热器结构紧凑、传热效率高，但承压能力较低，不适用于高温高压场合

4.换热器中，流体流动方向的选择会影响（）（4分）A.传热效率B.压力降C.能量损失D.设备寿命E.操作成本【答案】A、B、C【解析】流体流动方向的选择会影响传热效率、压力降和能量损失

5.以下哪些属于翅片管式换热器的应用场合？（）（4分）A.空气冷却B.液体冷却C.蒸汽冷凝D.燃气预热E.空气加热【答案】A、B、C、D、E【解析】翅片管式换热器适用于空气冷却、液体冷却、蒸汽冷凝、燃气预热和空气加热等多种场合

三、填空题

1.换热器的主要功能是______和______（4分）【答案】传递热量；实现热量交换

2.管壳式换热器中，管束的排列方式主要有______和______（4分）【答案】直管排列；错排

3.板式换热器的密封垫片通常采用______材料（4分）【答案】橡胶

4.换热器中，流体流动方向为______时，其出口温差较小（2分）【答案】并流

5.螺旋板式换热器的优点包括______、______和______（6分）【答案】结构紧凑；传热效率高；承压能力高

四、判断题

1.两个冷热流体逆流通过换热器时，冷流体的出口温度一定高于热流体的出口温度（）（2分）【答案】（×）【解析】逆流布置时，冷流体的出口温度可能高于热流体的出口温度，取决于传热效率和初始温度

2.换热器中的结垢会显著降低传热效率（）（2分）【答案】（√）【解析】结垢会在换热器表面形成热阻，降低传热效率

3.板式换热器适用于高温高压场合（）（2分）【答案】（×）【解析】板式换热器承压能力较低，不适用于高温高压场合

4.翅片管式换热器能有效增强空气侧传热（）（2分）【答案】（√）【解析】翅片管式换热器通过翅片增强空气侧传热，提高换热效率

5.换热器中，流体流动方向为错流时，其传热效率通常较低（）（2分）【答案】（×）【解析】错流布置能增强湍流，提高传热效率

五、简答题

1.简述换热器中流体流动方向对传热效率的影响（5分）【答案】流体流动方向对传热效率有显著影响

（1）逆流布置能更有效地利用温差，提高传热效率

（2）并流布置温差逐渐减小，出口温差较小，传热效率较低

（3）错流布置能增强湍流，提高传热效率，但结构复杂

2.换热器设计中，如何选择合适的传热面积？（5分）【答案】选择合适的传热面积需考虑以下因素

（1）传热系数根据流体性质和流动状态确定传热系数

（2）热负荷根据实际需求确定所需的热负荷

（3）温差根据冷热流体的初始和出口温度确定温差

（4）压力降考虑流体通过换热器的压力降限制

（5）经济性综合考虑材料成本和运行成本

3.简述换热器中常见的故障及其处理方法（5分）【答案】换热器常见故障及其处理方法

（1）结垢定期清洗换热器表面，选择合适的防垢措施

（2）泄漏检查密封垫片和连接处，及时更换损坏部件

（3）传热效率下降清洗换热器表面，检查流体流动状态，优化设计

（4）压力降过大检查流体流动阻力，优化换热器结构

（5）流体堵塞检查流体性质，调整流速，防止堵塞

六、分析题

1.分析板式换热器在化工行业中的应用优势和局限性（10分）【答案】板式换热器在化工行业中的应用优势和局限性优势

（1）结构紧凑板式换热器体积小，占地面积少，适用于空间有限的场合

（2）传热效率高板式换热器通过板片间的流体湍流增强传热，效率高

（3）易于清洗板片可拆卸，便于清洗和维护，适用于易结垢的流体

（4）可调性强可通过调整板片数量和排列方式，优化传热性能局限性

（1）承压能力较低板式换热器适用于低压场合，不适用于高温高压环境

（2）材料限制板片材料需耐腐蚀，选择范围有限

（3）操作要求高板式换热器对流体清洁度要求高，易堵塞

（4）初始投资高板式换热器材料成本较高，初始投资大

2.分析换热器中流体流动方向选择对传热效率和经济性的影响（15分）【答案】换热器中流体流动方向选择对传热效率和经济性的影响

（1）逆流布置优势能更有效地利用温差，提高传热效率，减少传热面积，降低设备成本劣势结构复杂，可能产生温度应力，影响设备寿命

（2）并流布置优势结构简单，操作方便，适用于温差较小的场合劣势出口温差较小，传热效率较低，需较大传热面积，增加设备成本

（3）错流布置优势能增强湍流，提高传热效率，适用于高温高压场合劣势结构复杂，流体流动阻力大，压力降较大，增加运行成本经济性分析

（1）逆流布置虽然初始投资较高，但传热效率高，可减少传热面积，降低设备成本，长期运行成本较低

（2）并流布置初始投资较低，但传热效率较低，需较大传热面积，增加设备成本，长期运行成本较高

（3）错流布置初始投资和运行成本均较高，但传热效率高，适用于高温高压场合，长期运行效益较好综合来看，流体流动方向的选择需综合考虑传热效率、设备成本和运行成本，选择最经济的方案

七、综合应用题

1.某化工厂需设计一套用于冷却液体的换热器，已知冷热流体的流量分别为100m³/h和80m³/h，冷热流体的进、出口温度分别为80℃、30℃和150℃、100℃，换热器传热系数为500W/m²·K，试计算所需传热面积（25分）【答案】计算所需传热面积步骤如下

（1）计算热负荷Q Q=m×c×ΔT其中m为流量，c为比热容，ΔT为温差假设液体比热容为4180J/kg·K，密度为1000kg/m³冷流体流量m₁=100m³/h=100/3600m³/s=

0.0278m³/s热流体流量m₂=80m³/h=80/3600m³/s=

0.0222m³/s冷流体质量流量m₁=

0.0278m³/s×1000kg/m³=

27.8kg/s热流体质量流量m₂=

0.0222m³/s×1000kg/m³=

22.2kg/s热负荷Q=m₂×c×T₁-T₂=

22.2kg/s×4180J/kg·K×150℃-100℃=

22.2×4180×50=4,619,600W=

4.62MW

（2）计算所需传热面积A Q=k×A×ΔTm其中k为传热系数，A为传热面积，ΔTm为对数平均温差ΔTm=ΔT₁-ΔT₂/lnΔT₁/ΔT₂ΔT₁=T₁-T₂=150℃-30℃=120℃ΔT₂=T₂-T₁=100℃-80℃=20℃ΔTm=120℃-20℃/ln120℃/20℃=100/ln6≈100/

1.79176≈

55.77℃所需传热面积A=Q/k×ΔTm=4,619,600W/500W/m²·K×

55.77℃≈

164.6m²因此，所需传热面积约为

164.6m²标准答案

一、单选题

1.B

2.B

3.C

4.C

5.B

6.B

7.B

8.C

9.B

10.C

二、多选题

1.A、B、C、D、E

2.A、B、C、D、E

3.A、B

4.A、B、C

5.A、B、C、D、E

三、填空题

1.传递热量；实现热量交换

2.直管排列；错排

3.橡胶

4.并流

5.结构紧凑；传热效率高；承压能力高

四、判断题

1.（×）

2.（√）

3.（×）

4.（√）

5.（×）

五、简答题

1.逆流布置能更有效地利用温差，提高传热效率；并流布置温差逐渐减小，出口温差较小，传热效率较低；错流布置能增强湍流，提高传热效率，但结构复杂

2.选择合适的传热面积需考虑传热系数、热负荷、温差、压力降和经济性等因素

3.结垢定期清洗换热器表面，选择合适的防垢措施；泄漏检查密封垫片和连接处，及时更换损坏部件；传热效率下降清洗换热器表面，检查流体流动状态，优化设计；压力降过大检查流体流动阻力，优化换热器结构；流体堵塞检查流体性质，调整流速，防止堵塞

六、分析题

1.板式换热器在化工行业中的应用优势结构紧凑、传热效率高、易于清洗、可调性强；局限性承压能力较低、材料限制、操作要求高、初始投资高

2.换热器中流体流动方向选择对传热效率和经济性的影响逆流布置效率高，初始投资高，长期运行成本较低；并流布置效率低，初始投资低，长期运行成本较高；错流布置效率高，初始投资和运行成本均较高，适用于高温高压场合

七、综合应用题

1.所需传热面积约为

164.6m²。