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=GCΔT=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,
努谢尔特准则为
0.84.310.4=143.4 (d1)
0.84.310.4=190.7 (d2)h
(d1)i
h
(d2)i
管外对流换热系数
格拉晓夫数准则为(Δt=10)
3/υ
2
βtd
==9.8*3.86*10^-4*10*.0163/(0.659*10^-6)2=356781.6 (d1)Gr∆
g
3/υ
2
βtd
==9.8*3.86*10^-4*10*.0223/(0.659*10^-6)2=927492.9(d2)Gr∆
g
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 λ
α=
=18.48755*0.635/0.014=838.5422 (d1) d
Nu m λ
α=
=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
(d1)
(d2) k o 为1) J /㎡·s ·℃ 自来水 k o =0.0002
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 kJ/㎡
cd η—集热器的年平均集热效率;根均经验值宜为0.25~0.5 取0.6
L η—出水箱和管路的热损失率;根据经验取值宜为0.20~0.30 取0.2
结论:
1) 换热器入口流速在1 m/s 左右
2) 保证换热器内的平均温度在40℃左右 3) 换热器的入口压力不低于0.2 5MPa
三、换热器计算
1.传热面积
T
U Q A ∆=
(2.1.1)
A — 传热面积 ㎡ Q —传热量 J/s U —传热系数 J /㎡·s ·℃ ΔT -平均温度差 ℃
2.
T =
∆
(2.2.1) 其中
T c —冷流体温度 ℃ T h —热流体温度 ℃
下标1为入口温度,下标2为出口温度
3.)A A (k 1i
o i +
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 λ-管材的导热系数 J /m ·s ·℃
k i ,k o -分别为管内外垢层热阻的倒数(当无垢层热阻时k i ,k o 均为1) J /㎡·s ·℃ ηo -为肋面总效率(如果外表面为肋化,则ηo =1)
i
o
A A -为换热管的外表面积与内表面积之比;
4.螺旋管内表面传热系数
l
Nu h f
f i λ⋅=
(2.4.1) 其中
h i —管内表面传热系数 J /㎡·h ·℃
f Nu —努塞尔数
f λ—流体导热系数 W/m ·K
换热器设计流量为:4L/min ~14L/min ,
管内为湍流时
实验关联式验证范围:Re f =104~1.2×105
,Pr f =0.1~120,l/d ≥60; 管内径d 为特征长度。 采用迪图斯-贝尔特公式:
n
f 8.0f
f Pr 023Re
.0Nu =
(2.4.2)
加热流体时n =0.4,冷却流体时n =0.3 Re f -雷诺数 u ·l/ν u -流体流速 m/s l -管径 m
ν-流体运动黏度 ㎡/s Pr f -普朗特数 C p ·μ/λ=ν/a
螺旋管内流体在向前运动过程中连续的改变方向,因此会在横截面上引起二次环流而强化换热。流体在螺旋管内的对流换热的计算工程上一般算出平均Nu 数后再乘以一个螺旋管修正系数c r 。推荐:
对于气体 R
d 1.77
1cr += 对于液体 3
R d 10.31cr ⎪⎭
⎫
⎝⎛+=
以上内容仅适用于Pr>0.6的气体或液体,d 是螺旋管的内经,R 是螺旋圈的半径
管内层流时,
推荐采用齐德-泰特公式来计算长为l 的管道平均Nu 数
14
.0w f 3
/1f f d /l Re 86.1Nu ⎪⎪⎭
⎫ ⎝⎛⎪
⎭
⎫
⎝⎛=ηη
(2.4.3)
此式的定性温度为流体平均温度t f (但w η按壁温计算),特长长度为管径。实验验证范围: