2025年換熱器考試題及答案

一、單項(xiàng)選擇題（共10題，每題2分）

1.換熱器按傳熱原理分類，以下哪項(xiàng)不屬于主要類型？

A.間壁式換熱器

B.混合式換熱器

C.蓄熱式換熱器

D.離心式換熱器

答案：D

解析：換熱器按傳熱原理主要分為三類：間壁式換熱器、混合式換熱器和蓄熱式換熱器。離心式換熱器不是按傳熱原理分類的主要類型，而是按結(jié)構(gòu)或工作原理分類的一種特定類型換熱器。

2.在換熱器設(shè)計(jì)中，總傳熱系數(shù)K的計(jì)算公式為：

A.1/K=1/h?+δ/λ+1/h?

B.K=h?+δ/λ+h?

C.1/K=1/(h?+δ/λ+h?)

D.K=1/h?+δ/λ+1/h?

答案：A

解析：總傳熱系數(shù)K的計(jì)算公式為1/K=1/h?+δ/λ+1/h?，其中h?和h?分別為兩側(cè)流體的對流傳熱系數(shù)，δ為壁厚，λ為導(dǎo)熱系數(shù)。這個(gè)公式考慮了兩側(cè)對流熱阻和導(dǎo)熱熱阻。

3.下列哪種換熱器適用于高溫高壓工況？

A.套管式換熱器

B.板式換熱器

C.管殼式換熱器

D.板翅式換熱器

答案：C

解析：管殼式換熱器結(jié)構(gòu)堅(jiān)固，能夠承受較高的壓力和溫度，適用于高溫高壓工況。套管式換熱器結(jié)構(gòu)簡單但承壓能力有限；板式換熱器密封面多，不適合高溫高壓；板翅式換熱器結(jié)構(gòu)緊湊但承壓能力較低。

4.換熱器的熱效率是指：

A.實(shí)際傳熱量與理論最大傳熱量的比值

B.實(shí)際傳熱量與輸入熱量的比值

C.實(shí)際傳熱量與熱損失量的比值

D.實(shí)際傳熱量與換熱器體積的比值

答案：A

解析：換熱器的熱效率是指實(shí)際傳熱量與理論最大傳熱量的比值，反映了換熱器接近理想換熱狀態(tài)的程度。選項(xiàng)B描述的是換熱器的能量利用率；選項(xiàng)C沒有明確的物理意義；選項(xiàng)D描述的是換熱器的緊湊性。

5.在換熱器設(shè)計(jì)中，對數(shù)平均溫差(LMTD)用于：

A.計(jì)算換熱器的傳熱面積

B.確定流體的流動(dòng)方向

C.評估換熱器的傳熱性能

D.計(jì)算換熱器的壓降

答案：A

解析：對數(shù)平均溫差(LMTD)用于計(jì)算換熱器的傳熱面積，它是基于熱力學(xué)推導(dǎo)出的用于評估換熱器傳熱性能的重要參數(shù)。流體的流動(dòng)方向會(huì)影響LMTD的值，但LMTD本身不是用來確定流動(dòng)方向的。

6.下列哪種因素不會(huì)影響換熱器的總傳熱系數(shù)？

A.流體的流速

B.換熱器的材質(zhì)

C.環(huán)境溫度

D.流體的物理性質(zhì)

答案：C

解析：總傳熱系數(shù)K受流體的流速、換熱器的材質(zhì)和流體的物理性質(zhì)影響。環(huán)境溫度會(huì)影響換熱器的散熱條件，但不直接影響總傳熱系數(shù)的計(jì)算。

7.在換熱器設(shè)計(jì)中，"污垢熱阻"是指：

A.換熱器材料本身的熱阻

B.換熱器表面沉積物形成的熱阻

C.流體內(nèi)部的熱阻

D.換熱器與環(huán)境之間的熱阻

答案：B

解析：污垢熱阻是指換熱器表面因沉積物（如水垢、腐蝕產(chǎn)物等）形成的熱阻，它會(huì)降低換熱器的傳熱效率。換熱器材料本身的熱阻是導(dǎo)熱熱阻；流體內(nèi)部的熱阻是對流熱阻；換熱器與環(huán)境之間的熱阻是散熱熱阻。

8.下列哪種換熱器結(jié)構(gòu)最緊湊，單位體積傳熱面積最大？

A.管殼式換熱器

B.板式換熱器

C.翅片管式換熱器

D.螺旋板式換熱器

答案：B

解析：板式換熱器由一系列波紋板片疊加而成，結(jié)構(gòu)緊湊，單位體積傳熱面積最大。管殼式換熱器結(jié)構(gòu)相對松散；翅片管式換熱器在管外增加了翅片，提高了傳熱面積但體積較大；螺旋板式換熱器結(jié)構(gòu)緊湊但不如板式換熱器緊湊。

9.在換熱器設(shè)計(jì)中，努塞爾數(shù)(Nu)的物理意義是：

A.對流傳熱與導(dǎo)熱的比值

B.流體流動(dòng)慣性力與粘性力的比值

C.浮升力與粘性力的比值

D.壓力與粘性力的比值

答案：A

解析：努塞爾數(shù)(Nu)是對流傳熱與導(dǎo)熱的比值，表征對流換熱的強(qiáng)度。雷諾數(shù)(Re)是流體流動(dòng)慣性力與粘性力的比值；格拉曉夫數(shù)(Gr)是浮升力與粘性力的比值；歐拉數(shù)(Eu)是壓力與粘性力的比值。

10.換熱器的"溫度效率"是指：

A.實(shí)際傳熱量與理論最大傳熱量的比值

B.出口溫度與入口溫度的比值

C.熱流體溫度變化與冷流體溫度變化的比值

D.實(shí)際傳熱量與換熱器重量的比值

答案：A

解析：溫度效率是指實(shí)際傳熱量與理論最大傳熱量的比值，反映了換熱器接近理想換熱狀態(tài)的程度。出口溫度與入口溫度的比值沒有明確的物理意義；熱流體溫度變化與冷流體溫度變化的比值是熱容比；實(shí)際傳熱量與換熱器重量的比值是換熱器的比傳熱量。

二、填空題（共5題，每題2分）

1.換熱器的熱計(jì)算方法主要有兩種：__________和__________。

答案：對數(shù)平均溫差法(LMTD法)、效能-傳熱單元數(shù)法(ε-NTU法)

解析：換熱器的熱計(jì)算主要有兩種方法：對數(shù)平均溫差法(LMTD法)和效能-傳熱單元數(shù)法(ε-NTU法)。LMTD法適用于已知進(jìn)出口溫度的情況，而ε-NTU法適用于已知傳熱系數(shù)和熱容比的情況。

2.在換熱器設(shè)計(jì)中，雷諾數(shù)(Re)是判斷流體__________的重要準(zhǔn)則。

答案：流動(dòng)狀態(tài)

解析：雷諾數(shù)(Re)是判斷流體流動(dòng)狀態(tài)的重要準(zhǔn)則，當(dāng)Re<2300時(shí)為層流，2300<Re<10000為過渡流，Re>10000為湍流。流動(dòng)狀態(tài)直接影響對流換熱系數(shù)的大小。

3.換熱器的污垢系數(shù)通常表示為__________，其單位是__________。

答案：Rf，m2·K/W

解析：污垢系數(shù)通常表示為Rf，其單位是m2·K/W。它表示換熱器表面單位面積上的污垢熱阻，是換熱器設(shè)計(jì)中需要考慮的重要參數(shù)。

4.在管殼式換熱器中，折流板的主要作用是__________和__________。

答案：支撐管束、提高流體流速

解析：在管殼式換熱器中，折流板的主要作用是支撐管束，防止管束振動(dòng)和彎曲；同時(shí)引導(dǎo)流體橫向沖刷管束，提高流體流速和湍流程度，增強(qiáng)傳熱效果。

5.換熱器的傳熱強(qiáng)化技術(shù)主要包括__________、__________和擴(kuò)展表面等。

答案：提高流速、增強(qiáng)湍流

解析：換熱器的傳熱強(qiáng)化技術(shù)主要包括提高流速（增強(qiáng)對流換熱）、增強(qiáng)湍流（破壞邊界層）和擴(kuò)展表面（增加傳熱面積）等。這些技術(shù)可以有效提高換熱器的傳熱性能。

三、判斷題（共5題，每題2分）

1.在換熱器設(shè)計(jì)中，流體的流速越大，總傳熱系數(shù)越大，因此流速越大越好。（）

答案：×

解析：雖然增大流速可以提高總傳熱系數(shù)，但流速過大會(huì)導(dǎo)致壓降急劇增加，泵或風(fēng)機(jī)的能耗也會(huì)顯著增加，同時(shí)可能引起振動(dòng)和磨損等問題。因此，流速需要綜合考慮傳熱效果和能耗，選擇最佳值。

2.換熱器的對數(shù)平均溫差(LMTD)只適用于逆流和并流換熱器。（）

答案：√

解析：對數(shù)平均溫差(LMTD)是基于逆流或并流換熱器的熱力學(xué)推導(dǎo)得出的，對于其他流動(dòng)方式（如錯(cuò)流、折流等），需要引入修正系數(shù)F進(jìn)行修正，即LMTD=F×LMTD_逆流。

3.所有換熱器都存在熱阻，熱阻越小，傳熱效果越好。（）

答案：√

解析：所有換熱器都存在熱阻，包括對流熱阻、導(dǎo)熱熱阻和污垢熱阻等。熱阻越小，傳熱阻力越小，傳熱效果越好。因此，減小熱阻是提高換熱器性能的重要途徑。

4.換熱器的壓降越小越好，因?yàn)閴航敌∫馕吨没蝻L(fēng)機(jī)的能耗低。（）

答案：×

解析：換熱器的壓降并非越小越好。壓降過小可能意味著流速過低，導(dǎo)致傳熱效果差；而壓降過大則會(huì)增加泵或風(fēng)機(jī)的能耗。因此，需要綜合考慮傳熱效果和能耗，選擇合適的壓降范圍。

5.在換熱器設(shè)計(jì)中，提高流體的湍流程度可以增強(qiáng)傳熱效果，但也會(huì)增加壓降。（）

答案：√

解析：提高流體的湍流程度可以破壞邊界層，增強(qiáng)對流換熱，提高傳熱效果。但湍流增強(qiáng)也會(huì)導(dǎo)致流體流動(dòng)阻力增加，壓降增大。因此，需要在傳熱效果和壓降之間進(jìn)行權(quán)衡。

四、多項(xiàng)選擇題（共2題，每題2分）

1.下列哪些因素會(huì)影響換熱器的總傳熱系數(shù)？（）

A.流體的流速

B.換熱器的材質(zhì)

C.流體的物理性質(zhì)

D.換熱器的幾何形狀

E.環(huán)境濕度

答案：A、B、C、D

解析：總傳熱系數(shù)K受多種因素影響：流體的流速（影響對流換熱系數(shù)）、換熱器的材質(zhì)（影響導(dǎo)熱熱阻）、流體的物理性質(zhì)（如粘度、導(dǎo)熱系數(shù)等影響對流換熱系數(shù)）、換熱器的幾何形狀（影響流動(dòng)狀態(tài)和傳熱面積）。環(huán)境濕度會(huì)影響換熱器的散熱條件，但不直接影響總傳熱系數(shù)的計(jì)算。

2.下列哪些屬于間壁式換熱器？（）

A.管殼式換熱器

B.板式換熱器

C.混合式換熱器

D.蓄熱式換熱器

E.套管式換熱器

答案：A、B、E

解析：間壁式換熱器是指冷熱流體通過固體壁面進(jìn)行熱交換，不直接接觸。管殼式換熱器、板式換熱器和套管式換熱器都屬于間壁式換熱器?；旌鲜綋Q熱器是冷熱流體直接接觸混合進(jìn)行熱交換；蓄熱式換熱器是通過固體蓄熱周期性交替與冷熱流體接觸進(jìn)行熱交換。

五、簡答題（共2題，每題5分）

1.簡述換熱器的主要分類方式及其特點(diǎn)。

答案：

換熱器按傳熱原理主要分為三類：

(1)間壁式換熱器：冷熱流體通過固體壁面進(jìn)行熱交換，不直接接觸。特點(diǎn)是流體不混合，適用于不允許混合的場合。常見類型有管殼式換熱器、板式換熱器、套管式換熱器等。

(2)混合式換熱器：冷熱流體直接接觸混合進(jìn)行熱交換。特點(diǎn)是傳熱效率高，但流體會(huì)有一定程度的混合。常見類型有冷卻塔、直接接觸式冷凝器等。

(3)蓄熱式換熱器：通過固體蓄熱周期性交替與冷熱流體接觸進(jìn)行熱交換。特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，但存在溫度波動(dòng)。常見類型有回轉(zhuǎn)式換熱器、閥門切換式換熱器等。

此外，按結(jié)構(gòu)形式可分為管殼式、板式、翅片管式、螺旋板式等；按流動(dòng)方式可分為順流、逆流、錯(cuò)流、折流等；按用途可分為加熱器、冷卻器、冷凝器、蒸發(fā)器等。

2.分析換熱器設(shè)計(jì)中需要考慮的主要因素，并說明它們?nèi)绾斡绊憮Q熱器的性能。

答案：

換熱器設(shè)計(jì)中需要考慮的主要因素及其對性能的影響：

(1)傳熱面積：傳熱面積越大，傳熱量越大，但也會(huì)增加成本和體積。需要根據(jù)傳熱需求和經(jīng)濟(jì)性合理選擇。

(2)傳熱系數(shù)：傳熱系數(shù)越大，傳熱效果越好。受流體性質(zhì)、流速、換熱器材質(zhì)等因素影響，需要優(yōu)化設(shè)計(jì)以提高傳熱系數(shù)。

(3)溫差：溫差是傳熱的驅(qū)動(dòng)力，溫差越大，傳熱效果越好。但溫差過大可能導(dǎo)致熱應(yīng)力、結(jié)垢等問題，需要合理控制。

(4)流速：流速增大可提高傳熱系數(shù)，但也