1012、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所在，从而找到最经济有效的强化措施。 ### 1. 核心考点分析 本题考察的是**对流传热系数（$\alpha$）**对总传热系数（$K$）的影响，以及如何针对“控制步骤”进行强化传热。 总传热方程为： $$ Q = K A \Delta t_m $$ 其中，总传热系数 $K$ 由两侧的对流传热系数和壁面导热决定。对于列管换热器，若忽略污垢热阻，近似公式为： $$ \frac{1}{K} \approx \frac{1}{\alpha_o} + \frac{\delta}{\lambda} + \frac{1}{\alpha_i} \cdot \frac{d_o}{d_i} $$ * $\alpha_o$：壳程对流传热系数（水蒸气冷凝） * $\alpha_i$：管程对流传热系数（盐溶液加热） * $\delta/\lambda$：管壁导热热阻 ### 2. 过程解析 **第一步：判断传热的控制步骤（主要热阻在哪里？）** * **壳程（水蒸气）**：水蒸气发生相变（冷凝），冷凝传热的特点是潜热大、流速快、湍流程度高，因此冷凝对流传热系数 $\alpha_o$ **非常大**（通常在 $10^4 \sim 10^5 \, \text{W}/(\text{m}^2\cdot\text{K})$ 量级）。这意味着壳程的热阻 $1/\alpha_o$ **非常小**。 * **管程（盐溶液）**：盐溶液是无相变的单相对流加热，其对流传热系数 $\alpha_i$ **较小**（通常在 $10^2 \sim 10^3 \, \text{W}/(\text{m}^2\cdot\text{K})$ 量级）。这意味着管程的热阻 $1/\alpha_i$ **很大**。 **结论**：整个传热过程的瓶颈（控制步骤）在于**管程侧的低对流传热系数**。要有效强化传热，必须设法提高管程的 $\alpha_i$。 **第二步：逐项分析选项** * **A. 增大换热器尺寸以增大传热面积** * **分析**：虽然增加面积 $A$ 可以增加传热量 $Q$，但这属于“被动”增加设备投资，并没有提高传热效率（$K值未变甚至可能因流速降低而略降）。这需要消耗更多的金属材料，成本高昂，不符合“经济有效”的原则。 * **结果**：不选。 * **B. 在壳程设置折流挡板** * **分析**：折流挡板的作用是增加壳程流体的湍流程度，从而提高壳程对流传热系数 $\alpha_o$。 * **逻辑错误**：如前所述，壳程已经是高热系数的蒸汽冷凝，热阻极小。进一步减小一个本来就可以忽略不计的热阻，对总传热系数 $K$ 的提升微乎其微。这属于“在非控制步骤上做工”，效果极差。 * **结果**：不选。 * **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 $u$ 大约增加一倍。 * **原理**：对于强制对流，对流传热系数 $\alpha$ 与流速 $u$ 的关系通常为 $\alpha \propto u^{0.8}$（迪图斯-贝尔特公式）。流速增加，$\alpha_i$ 显著增大。 * **效果**：由于管程热阻是主要热阻，显著提高 $\alpha_i$ 能大幅降低总热阻，从而显著提高总传热系数 $K$。且改造只需改变管箱结构，无需大幅增加材料，成本低，效果好。 * **结果**：**正确**。 * **D. 减少传热壁面厚度** * **分析**：金属管壁的导热系数 $\lambda$ 很大，壁厚 $\delta$ 很小，因此壁面导热热阻 $\delta/\lambda$ 本身就已经非常小，通常远小于管程的对流热阻。 * **逻辑错误**：进一步减小一个原本就微不足道的热阻，对总传热系数 $K$ 的影响几乎可以忽略不计。 * **结果**：不选。 ### 3. 最终结论 强化传热的原则是：**针对热阻最大的一侧（控制步骤）采取措施**。 在本题中，盐溶液侧（管程）热阻最大，因此应提高管程流速或湍流程度。**改单管程为双管程**能有效提高管内流速，进而显著提高管程对流传热系数，是最为经济有效的措施。 故正确答案为 **C**。