工业上壳管换热器用于: I、水 - 水换热;II、气 - 水换热;III、饱和蒸汽 - 水换热三种情况,有关总传热系数 K 正确的是()A. Ⅰ最大,Ⅱ其次B. Ⅱ最大,Ⅲ其次C. Ⅱ最大,Ⅰ其次D. 最大,Ⅲ其次
A. Ⅰ最大,Ⅱ其次
B. Ⅱ最大,Ⅲ其次
C. Ⅱ最大,Ⅰ其次
D. 最大,Ⅲ其次
题目解答
答案
解析
本题考察壳管换热器中不同换热工况下总传热系数$K$的大小比较,核心是分析各换热过程的热阻构成(总传热系数$K\approx1/\sum(1/h_i+\delta/\lambda)$,热阻越大$K$越小)。
关键分析:三种工况的热阻对比
壳管换热器的总传热系数$K$主要受流体对流换热系数$h$和污垢热阻影响,其中对流换热系数$h$是主导因素(流体流动越强,$h$越大,热阻越小):
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饱和蒸汽-水换热(III):
饱和蒸汽冷凝时,换热系数$h_{蒸}$很大(约$10^4\sim10^5\ W/(m^2·℃)$),但蒸汽侧热阻极小;水侧$h_{水}$约$10^3\sim10^4\ W/(m^2·℃)$,但蒸汽冷凝可能存在不凝性气体或污垢热阻,导致总热阻较大,$K$较小。 -
气-水换热(II):
气体(如空气)的对流换热系数$h_{气}$原本很小(约$10\sim100\ W/(m^2·℃)$),但壳管换热器中气体通常在壳程高速流动(或采用翅片管增强),水在管程湍流,水侧$h_{水}$远大于气侧$h_{气}$,总热阻主要由气侧决定。若气体流速提高,$h_{气}$可显著增大(如强制对流时$h_{气}$可达$100\sim1000\ W/(m^2·℃)$),且气-水换热无蒸汽冷凝的污垢问题,总热阻最小,$K$最大。 -
水-水换热(I):
两侧均为水,对流换热系数$h_{水}$约$10^3\sim10^4\ W/(m^2·℃)$,但水的粘度较高,流动阻力大,流速受限,$h$比气-水换热中的水侧略小;且两侧热阻相当,总热阻比气-水换热大,$K$次之。
结论
总传热系数大小:$K_{II}>K_{I}>K_{III}$,故正确选项为C。