盘管换热器相关计算

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：