盘管换热器相关计算
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一、铜盘管换热器相关计算
条件:600kg 水 6小时升温30℃单位时间内换热器的放热量为q q=GC ΔT=600*4.2*10^3*30/(6*3600)= 3500 w 盘管内流速1m/s ,管内径为0.007m ,0.01m , 盘管内水换热情况:
定性温度40℃ 定性温度50℃ 管径0.014m Re 21244.31 Re 25179.86 管径0.20m
Re 30349.01
Re 35971.22
湍流范围:Re=10^4~1.2*10^5 物性参数: 40℃饱和水参数。
黏度—653.3*10^-6 运动黏度—0.659 *10^-6 普朗特数—4.31 导热系数—63.5*10^2 w/(m. ℃) 求解过程:
盘管内平均水温40℃为定性温度时
换热铜管的外径,分别取d1=0.014m d2=0.02m 努谢尔特准则为
0.4
f
8.0f
f Pr 023Re
.0*2.1Nu == 1.2*0.023*21244.310.84.310.4=143.4
(d1)
0.4
f
8.0f
f Pr 023Re
.0*2.1Nu == 1.2*0.023*30349.010.84.310.4=190.7
(d2)
管内对流换热系数为
l Nu h f
f i λ⋅=
=143.4*0.635/0.014=6503.39 (d1) l
Nu h f
f i λ⋅=
=190.7*0.635/0.02=6055.63 (d2) 管外对流换热系数
格拉晓夫数准则为(Δt=10)
23/υβtd g Gr ∆==9.8*3.86*10^-4*10*.0163
/(0.659*10^-6)2
=356781.6
(d1)
23/υβtd g Gr ∆==9.8*3.86*10^-4*10*.0223
/(0.659*10^-6)2
=927492.
9(d2)
其中g=9.8 N/kg
β为水的膨胀系数为386*10^-6 1/K
自然对流换热均为层流换热(层流范围:Gr=10^4~5.76*10^8)
25
.023w w
Pr t g l 525.0Nu ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⋅∆=να=0.525(356781.6*4.31)0.25=18.48755 (d1)
25
.023w w
Pr t g l 525.0Nu ⎪
⎪⎭
⎫
⎝⎛⋅∆=να=0.525(927492.9*4.31)0.25=23.47504
(d2)
其中Pr 普朗特数为4.31 对流换热系数为
d
Nu m λα=
=18.48755*0.635/0.014=838.5422
(d1)
d
Nu m λα=
=23.47504*0.635/0.014=677.5749
(d2)
其中λ为0.635w/(m. ℃) .传热系数U
λ
δ++=o i h 1h 1U 1=1/6503.39+1/838.5422+1/393=0.003891 U=257.0138 (d1)
λ
δ++=o i h 1h 1U 1=1/6055.63+1/677.5749+1/393=0.004186 U=238.9191 (d2)
h i -螺旋换热器内表面传热系数 J/㎡·s ·℃ h o -螺旋换热器外表面传热系数 J/㎡·s ·℃ δ-螺旋换热器管壁厚 m δ=1m
λ-管材的导热系数 J/m ·s ·℃ λ=393W/m ℃
k o -分别为管外垢层热阻的倒数(当无垢层热阻时k o 为1) J/㎡·s ·℃ 自来水 k o =0.0002㎡℃/W 换热器铜管长度 d
q l απ70==3500/10/257.0138/3.14/0.014=27.1
(d1) A=1.53
d
q l απ70=
=3500/10/238.9191/3.14/0.022=21.2
(d2) A=1.65
二、集热面积的相关计算(间接系统)
条件:加热600kg 水,初始水温10℃,集热平面太阳辐照量17MJ/㎡以上,温升30℃,
⎪⎪⎭
⎫
⎝
⎛⋅⋅+⋅=hx hx C
L R c IN A
U A U F 1A A =9.5㎡ 式中
IN A —间接系统集热器总面积,㎡
L R U F —集热器总热损系数,W/(㎡·℃)
对平板集热器,L R U F 宜取4~6W/(㎡·℃) 对真空管集热器,L R U F 宜取1~2W/(㎡·℃)取1
hx U —环热器传热系数,W/(㎡·℃) hx A —换热器换热面积,㎡
c A —直接系统集热器总面积,㎡ )
1(J f
)t t (C Q A L cd T i end w w c ηη--=
w Q —日均用水量,kg
w C —水的定压比热容,kJ/(kg ·℃) end t —出水箱内水的设计温度,℃
i t —水的初始温度,℃
f —太阳保证率,%;根据系统的使用期内的太阳辐照、系统经济以用
户要求等因素综合考虑后确定,宜为30%~80% 取1
T J —当地集热采光面上的年平均日太阳辐照量kJ/㎡