用水蒸气在空气预热器中加空气,水蒸气走壳程。为强化传热,下列措施中最为经济有效的是()。A. 在壳程设置折流挡板B. 减少传热壁面厚度C. 改单管程为双管程D. 增大换热器尺寸以增大传热面积
A. 在壳程设置折流挡板
B. 减少传热壁面厚度
C. 改单管程为双管程
D. 增大换热器尺寸以增大传热面积
题目解答
答案
解析
本题考查的是强化传热的措施及经济性分析。解题的关键在于分析每个选项对传热系数和传热面积的影响,同时考虑措施的经济性。
选项A
在壳程设置折流挡板,主要是为了提高壳程流体的流速和扰动程度,从而增大壳程的对流传热系数$\alpha_{壳}$。但水蒸气在壳程,其对流传热系数本身就比较大,设置折流挡板对传热系数的提升效果有限,而且增加了设备的成本和制造难度,所以不是最为经济有效的措施。
选项B
减少传热壁面厚度$\delta$,可以减小热阻$R = \frac{\delta}{\lambda}$(其中$\lambda$为壁面材料的导热系数),从而提高总传热系数$K$。然而,在实际工程中,传热壁面厚度有一定的设计要求,不能无限制地减小,否则会影响换热器的强度和使用寿命,并且减小壁面厚度的操作难度较大,成本也较高,因此不是最经济有效的方法。
选项C
改单管程为双管程,空气走管程,这样可以使空气的流速增加一倍。根据对流传热系数与流速的关系$\alpha \propto u^n$($u$为流速,$n$为指数,对于管内强制对流,$n$一般在$0.8$左右),流速增加会使管程的对流传热系数$\alpha_{管}$显著增大。由于空气的对流传热系数相对较小,是传热过程的控制因素,提高管程的对流传热系数能有效提高总传热系数$K$,而且这种改造相对简单,成本较低,是最为经济有效的强化传热措施。
选项D
增大换热器尺寸以增大传热面积$S$,可以提高传热量$Q = KS\Delta T_m$($\Delta T_m$为平均温差)。但增大换热器尺寸会增加设备的材料成本、占地面积和安装成本,同时也会增加运行成本,所以不是最经济有效的强化传热方式。