题目
43. 若冷、热流体的温度给定,传热器热流体侧结垢后传热壁面的温度将如何改变?( )A. 增加B. 减小C. 不变D. 有时增加,有时减小
43. 若冷、热流体的温度给定,传热器热流体侧结垢后传热壁面的温度将如何改变?( )
A. 增加
B. 减小
C. 不变
D. 有时增加,有时减小
题目解答
答案
B. 减小
解析
考查要点:本题主要考查传热学中污垢对传热壁面温度的影响,需理解污垢如何改变传热路径及热阻。
解题核心思路:
- 污垢增加热阻:热流体侧结垢会在壁面与流体间形成低导热层,导致局部热阻增大。
- 传热速率变化:根据传热方程 $Q = K A \Delta T$,热阻增加会使传热系数 $K$ 减小,导致传热速率 $Q$ 下降。
- 壁面温度变化:热流体热量传递到壁面的效率降低,壁面温度会更接近冷流体温度,从而整体下降。
破题关键点:
- 污垢位置决定影响方向:热流体侧结垢直接阻碍热量从流体传递到壁面,导致壁面温度降低。
- 温度给定条件:冷、热流体温度固定,壁面温度由传热平衡决定,污垢使传热路径受阻,平衡点下移。
传热过程分析
- 正常传热:热流体通过壁面将热量传递给冷流体,壁面温度 $T_w$ 介于热流体温度 $T_h$ 和冷流体温度 $T_c$ 之间。
- 结垢后传热:热流体侧结垢形成高热阻层,热量传递到壁面的效率降低,导致壁面温度 $T_w$ 必须降低才能维持传热平衡。
数学推导
假设污垢热阻为 $R_{\text{垢}}$,总热阻变为 $R_{\text{总}} = R_{\text{垢}} + R_{\text{壁}}$。根据传热方程:
$Q = \frac{T_h - T_c}{R_{\text{总}}}$
当 $R_{\text{总}}$ 增大,$Q$ 减小。此时壁面温度 $T_w$ 满足:
$T_w = T_h - R_{\text{垢}} \cdot Q$
由于 $Q$ 减小,$T_w$ 必然降低。