单选题
在同一换热器中,当冷热流体的进出口温度一定时,平均温度差最大的流向安排是
A
折流
B
错流
C
并流
D
逆流
答案解析
正确答案:D
解析:
在换热器设计中,平均温度差(通常指对数平均温度差,LMTD)是决定传热效率的关键因素之一。当冷热流体的进出口温度固定时,不同的流动安排会导致不同的温度分布曲线,从而影响平均温差的大小。
**1. 逆流(Counter-current Flow)**
在逆流操作中,热流体和冷流体沿相反方向流动。这种安排使得热流体的出口端可以与冷流体的入口端进行热交换,而热流体的入口端与冷流体的出口端进行热交换。其特点是:
* 整个换热面上的局部温差分布相对均匀。
* 冷流体的出口温度可以高于热流体的出口温度(理论上),或者说热流体的出口温度可以低于冷流体的出口温度。
* 在相同的进出口温度条件下,逆流布置产生的对数平均温度差最大。
**2. 并流(Co-current / Parallel Flow)**
在并流操作中,热流体和冷流体沿相同方向流动。其特点是:
* 入口处温差最大,随着流动方向,两流体温度逐渐接近,出口处温差最小。
* 冷流体的出口温度永远无法超过热流体的出口温度。
* 由于出口端温差迅速减小,导致整体的对数平均温度差小于逆流情况。
**3. 错流(Cross Flow)和折流(Mixed/Complex Flow)**
* **错流**:两流体垂直交叉流动。其平均温差介于并流和逆流之间,通常需要引入修正系数 $F$ 来基于逆流LMTD进行计算($\Delta T_m = F \cdot \Delta T_{lm, counter}$),且 $F < 1$。
* **折流**:常见于壳管式换热器,流动形式复杂,通常也是基于逆流LMTD乘以修正系数 $F$。由于存在混合和非纯逆流的成分,其有效平均温差也小于纯逆流。
**结论推导:**
根据传热学原理,在冷热流体进出口温度相同的前提下,各种流动方式的平均温度差大小关系通常为:
$$ \Delta T_{m, \text{逆流}} > \Delta T_{m, \text{错流/折流}} > \Delta T_{m, \text{并流}} $$
因此,为了获得最大的平均温度差,从而提高传热效率或减小所需的换热面积,应选择**逆流**安排。
故正确答案为 **D. 逆流**。
相关知识点:
换热器中逆流,温差最大
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