无相变的冷、热流体在列管式换热器中进行换热,今若热流体进口温度降低,而其它操作参数不变,则 T_2, Q 。A. 增大,增大B. 减小,减小C. 增大,减小D. 减小,增大
无相变的冷、热流体在列管式换热器中进行换热,今若热流体进口温度降低,而其它操作参数不变,则 $T_2, Q$ 。
A. 增大,增大
B. 减小,减小
C. 增大,减小
D. 减小,增大
题目解答
答案
本题考查无相变流体在列管式换热器中的传热过程,涉及热量衡算、传热速率与温度变化的定性分析。
已知条件:
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冷、热流体均无相变;
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热流体进口温度 $ T_1 $ 降低,其他操作参数(如冷流体进口温度 $ t_1 $、两流体流量、换热器结构等)不变;
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需判断热流体出口温度 $ T_2 $ 和传热速率 $ Q $ 的变化趋势。
第一步:分析传热速率 $ Q $
根据热量衡算,传热速率可由冷流体侧或热流体侧表示:
$Q = W_c c_p (t_2 - t_1) = W_h c_p (T_1 - T_2)$
由于冷流体进口温度 $ t_1 $ 和流量 $ W_c $ 不变,若 $ t_2 $ 不变,则 $ Q $ 不变。但实际中,当热流体进口温度 $ T_1 $ 降低,热流体平均温度降低,导致传热推动力减小,因此传热速率 $ Q $ 必然减小。
第二步:分析热流体出口温度 $ T_2 $
由热量衡算式:
$Q = W_h c_p (T_1 - T_2) \Rightarrow T_2 = T_1 - \frac{Q}{W_h c_p}$
由于 $ T_1 $ 降低,且 $ Q $ 也减小(分母不变,分子减小),但需判断 $ T_2 $ 的变化趋势。
考虑极限情况:若 $ T_1 $ 显著降低,即使 $ Q $ 减小,$ T_2 $ 仍会因 $ T_1 $ 下降而下降。更严谨地,从传热推动力角度:
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$ T_1 $ 降低 → 平均温差减小 → $ Q $ 减小;
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但 $ T_2 $ 是热流体出口温度,其值取决于热量释放量与流量的比值;
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由于 $ Q $ 减小,且 $ W_h $ 不变,由 $ T_2 = T_1 - \frac{Q}{W_h c_p} $ 可知,分子 $ Q $ 减小,但 $ T_1 $ 也减小,需比较两者变化幅度。
实际工程中,当热流体进口温度降低,其出口温度 $ T_2 $ 通常随之降低,因为热流体整体温度水平下降,且传热速率减小不足以抵消进口温度的降低。
第三步:综合判断
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$ T_2 $:减小
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$ Q $:减小
因此,正确选项为 B. 减小, 减小
答案:
B