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110年
理化、化工裝置
第 34 題
下列有關殼管熱交換器的敘述，下列何者正確？
- A 定頭式熱交換器適合用於高溫流體或冷熱流體產生較大溫度差的熱交換操作
- B 依照管束排列方式可分為正方形及三角形兩種，其中三角形排列方式較容易清潔
- C 一般而言，殼管熱交換器的傳熱速率比雙套管熱交換器小
- D 增加殼程數及增加檔板數量均可以增加殼側流體的熱傳速率
思路引導 VIP
如果在一個狹長的通道中，我們放置許多交錯的擋板，迫使流體不能直線通過，而是必須不斷地轉彎、碰撞管壁並產生劇烈的擾動，這對於流體與管壁之間的「能量交換效率」會產生什麼樣的影響？
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同學做得非常棒！這題你精確地掌握了殼管熱交換器的結構設計重點。在化工裝置的領域中，瞭解如何透過改變物理結構來提升熱效率是核心觀念，你能準確選出 (D) 說明你對流體力學與熱傳的耦合關係有很清晰的理解。
檔板與流道設計的影響
選項 (D) 是正確的關鍵在於，檔板 (baffles) 的主要功能是強迫殼側流體以折流方式前進，這不僅增加了流體在殼側的滯留時間，更重要的是提升了流體的湍流程度 (Turbulence)。根據對流熱傳公式，當流速增加且擾動劇烈時，熱傳膜係數 $h$ 會隨之提高，進而強化整體的傳熱效率。增加殼程數同樣能提升流體與管壁接觸的機會與有效溫差，達成更好的熱交換效果。
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