单选题
两种流体的对流传热膜系数分别为α 1和α 2,当α 1<<α 2 时,欲提高传热系数,关键在于提高 的值才有明显
A
α 1
B
α 2
C
α 1和α 2
D
与两者无关
答案解析
正确答案:A
解析:
### 解析
**1. 传热过程分析**
在间壁式换热器中,总传热系数 $K$ 与两侧流体的对流传热膜系数($\alpha_1$ 和 $\alpha_2$)以及壁面热阻有关。忽略壁面热阻和污垢热阻时,总传热热阻 $R$ 可以近似表示为两侧对流传热热阻之和:
$$ \frac{1}{K} \approx \frac{1}{\alpha_1} + \frac{1}{\alpha_2} $$
或者写作:
$$ K \approx \frac{1}{\frac{1}{\alpha_1} + \frac{1}{\alpha_2}} $$
**2. 控制步骤(瓶颈)分析**
题目中给出条件 $\alpha_1 \ll \alpha_2$(即 $\alpha_1$ 远小于 $\alpha_2$)。
根据热阻的定义 $R = 1/\alpha$:
- $\alpha$ 越小,热阻 $1/\alpha$ 越大。
- 因为 $\alpha_1 \ll \alpha_2$,所以 $\frac{1}{\alpha_1} \gg \frac{1}{\alpha_2}$。
这意味着在总热阻中,$\frac{1}{\alpha_1}$ 占据了主导地位,而 $\frac{1}{\alpha_2}$ 相对很小,可以忽略不计。此时总传热系数 $K$ 主要受限于较小的那个膜系数,即:
$$ K \approx \alpha_1 $$
这种现象在传热学中称为“控制热阻”或“瓶颈效应”。整个传热过程的速率由热阻最大(即膜系数最小)的一侧决定。
**3. 提高传热系数的策略**
- **若提高 $\alpha_2$**:由于 $\frac{1}{\alpha_2}$ 原本就很小,即使将其进一步减小,对总热阻 $\left(\frac{1}{\alpha_1} + \frac{1}{\alpha_2}\right)$ 的影响微乎其微,因此 $K$ 值不会有明显变化。
- **若提高 $\alpha_1$**:由于 $\frac{1}{\alpha_1}$ 是总热阻的主要部分,减小这一项会显著降低总热阻,从而显著提高总传热系数 $K$。
**结论**
当两侧膜系数相差悬殊时,强化传热的关键在于提高**较小**的那个膜系数。在本题中,$\alpha_1$ 较小,因此关键在于提高 $\alpha_1$。
故正确答案为 **A**。
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