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 ，
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 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 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/㎡
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