题目
换热器的散热损失是如何产生的?应如何来减少此热损失?
换热器的散热损失是如何产生的?应如何来减少此热损失?
题目解答
答案
答:由于换热器外壁面温度往往高于周围外界空气的温度,外壁面不断通过对流和辐射传将热量传给换热器周围的空气而散失,即产生散热损失。为了减少散热损失,一般在换热器外壁面上包上一层(或两层)导热系数较小的绝热材料(或不同的两种导热系数较小的绝热材料) ,使传热热阻增大,外壁面温度降低,从而减小了散热损失。
解析
本题考查换热器散热损失的产生原因及减少散热损失的方法。解题思路是先明确散热损失产生的原理,再根据热传递的相关知识思考减少散热损失的措施。
散热损失产生原因
根据热传递的基本原理,热量总是从高温物体自发地传递到低温物体。在换热器中,其外壁面在工作过程中会具有一定的温度,而周围外界空气的温度通常低于换热器外壁面的温度。这样就形成了温度差,热量会通过两种主要的热传递方式从换热器外壁面传递到周围空气中,从而产生散热损失。这两种热传递方式分别是对流和辐射。对流是指流体(这里是空气)与固体表面之间的热量传递,由于空气的流动,会不断带走换热器外壁面的热量;辐射则是物体通过电磁波的形式向外传递热量,只要物体有温度,就会以辐射的方式向外散热。
减少散热损失的方法
根据热阻的概念,热阻是阻碍热量传递的物理量,热阻越大,热量传递就越困难。为了减少散热损失,我们可以通过增大传热热阻来实现。而增大热阻的有效方法是在换热器外壁面上包上一层或两层导热系数较小的绝热材料。导热系数是衡量材料导热能力的物理量,导热系数越小,材料的导热能力就越弱。当在换热器外壁面包裹绝热材料后,热量在传递过程中需要经过绝热材料这一热阻较大的介质,从而使总的传热热阻增大。根据热传递的公式$Q = \frac{\Delta T}{R}$(其中$Q$为热流量,$\Delta T$为温度差,$R$为热阻),在温度差$\Delta T$一定的情况下,热阻$R$增大,热流量$Q$就会减小,即散热损失减小。同时,由于绝热材料的存在,会使外壁面的温度降低,进一步减小了与周围空气的温度差,从而也减小了散热损失。