用水蒸气在列管换热器中加热某盐溶液，水蒸气走壳程。为强化传热，下列措施中最为经济有效的是

这是一道关于化工原理中**传热过程强化**的经典题目。我们需要分析传热过程中的主要热阻，从而找到最经济有效的强化措施。 ### 1. 核心考点分析：确定控制热阻 在列管换热器中，总传热系数 $K$ 由两侧的对流传热系数和壁面热阻决定。公式如下： $$ \frac{1}{K} = \frac{1}{h_o} + R_w + \frac{1}{h_i} $$ 其中： * $h_o$：壳程流体（水蒸气）的对流传热系数。 * $h_i$：管程流体（盐溶液）的对流传热系数。 * $R_w$：管壁热阻。 **关键判断：** * **水蒸气冷凝**：水蒸气在壳程进行冷凝传热。蒸汽冷凝的对流传热系数 $h_o$ 通常非常大（一般在 $5000 \sim 15000 \, \text{W}/(\text{m}^2\cdot\text{K})$ 甚至更高）。因此，$\frac{1}{h_o}$ 这一项非常小，即蒸汽侧的热阻很小。 * **盐溶液加热**：盐溶液在管程流动，属于无相变的液体对流传热。其对流传热系数 $h_i$ 相对较小（一般在几百到几千 $\text{W}/(\text{m}^2\cdot\text{K})$）。因此，$\frac{1}{h_i}$ 这一项较大，即溶液侧的热阻较大。 **结论**：整个传热过程的**控制步骤（主要热阻）**在于**管程的盐溶液侧**。要有效强化传热，必须设法提高管程流体的对流传热系数 $h_i$ 或减小管程热阻。 ### 2. 选项逐一解析 * **A. 增大换热器尺寸以增大传热面积** * **分析**：虽然增大面积 $A$ 可以增加总传热量 $Q=KA\Delta t_m$，但这需要增加设备投资成本（材料、占地等）。题目要求“最为经济有效”，单纯增加面积并不是提高传热效率（即提高 $K$ 值）的方法，且成本较高。 * **结果**：不经济，非首选。 * **B. 在壳程设置折流挡板** * **分析**：折流挡板的作用是改变壳程流体的流向，增加湍流程度，从而提高壳程对流传热系数 $h_o$。 * **结合前述分析**：由于壳程是蒸汽冷凝，$h_o$ 已经很大，热阻很小。进一步大幅提高 $h_o$ 对总传热系数 $K$ 的提升作用微乎其微（因为受限于管程的大热阻）。这就好比修路，瓶颈在窄路（管程），拓宽宽路（壳程）并不能显著加快整体通行速度。 * **结果**：无效，因为未针对主要热阻。 * **C. 改单管程为双管程** * **分析**：将单管程改为双管程，在流量不变的情况下，管内流体的流速 $u$ 会大约增加一倍。 * **理论依据**：对于管内湍流强制对流，对流传热系数 $h_i$ 与流速 $u$ 的关系约为 $h_i \propto u^{0.8}$。流速增加，$h_i$ 显著增大。 * **效果**：由于管程热阻是控制热阻，提高 $h_i$ 能显著降低总热阻，从而显著提高总传热系数 $K$。这种方法只需改变管箱结构或内部隔板，无需大幅增加材料成本，因此既有效又经济。 * **结果**：**正确**。针对主要热阻，效果显著且成本低。 * **D. 减少传热壁面厚度** * **分析**：金属管壁的热导率很高，壁厚带来的热阻 $R_w$ 本身就很小的。除非是特殊材质或极厚壁，否则减小壁厚对总传热系数 $K$ 的贡献非常有限，且受到机械强度的限制，不能无限减薄。 * **结果**：效果不明显，且有工程限制。 ### 3. 总结 强化传热的原则是**“针对主要热阻采取措施”**。 本题中，主要热阻在**管程（盐溶液侧）**。 * 选项 B 针对的是壳程（次要热阻），效果差。 * 选项 C 通过增加流速提高了管程对流传热系数，直接降低了主要热阻，是最为经济有效的手段。 故正确答案为 **C**。