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，

盘管内水换热情况：

Re=10^4~1.2*10^5 湍流范围：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

0.80.40.80.4Pr023Re*0..Nu?12=143.4 （d1）＝1.2*0.023*21244.31 4.31fff0.4.800.40.8Pr023Re*0.?Nu1.2 d2）＝1.2*0.023*30349.014.31（=190.7 fff

管内对流换热系数为??Nu ff?h）d1 （=143.4*0.635/0.014=6503.39

i l??Nu ff h?）（d2 =190.7*0.635/0.02=6055.63 i l管外对流换热系数

格拉晓夫数准则为（Δt=10）

3232??/?gGr?td）（=9.8*3.86*10^-4*10*.016d1/(0.659*10^-6)=356781.6

3232??/Gr?g?td）d2=9.8*3.86*10^-4*10*.022/(0.659*10^-6)（=927492.9

其中g=9.8 N/kg

?为水的膨胀系数为386*10^-6 1/K

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自然对流换热均为层流换热（层流范围：Gr=10^4~5.76*10^8）

0.253???t?lg??w0.25Pr??Nu0.525d1）=18.48755 （=0.525(356781.6*4.31)??

w2???0.253???t?gl??w0.25Nu525Pr??0.）（d2=23.47504 =0.525(927492.9*4.31) ??w2???其中Pr普朗特数为4.31

对流换热系数为

?Nu m??）（d1 =18.48755*0.635/0.014=838.5422 d?Nu m??）d2 （=23.47504*0.635/0.014=677.5749 d

?为0.635w/(m. ℃) 其中.传热系数U

?111???=1/6503.39+1/838.5422+1/393=0.003891?hhU oi U= d1）

（257.0138

?111???=1/6055.63+1/677.5749+1/393=0.004186?hUh oi U= ）d2

（238.9191

h－螺旋换热器内表面传热系数J/㎡·s·℃i h－螺旋换热器外表面传热系数J/㎡·s·℃o 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－分别为管外垢层热阻的倒数（当无垢层热阻时k为1）J/㎡·s·℃自来水k=0.0002ooo㎡℃/W

q?l=3500/10/257.0138/3.14/0.014=27.1 （d1）换热器铜管长度??d70

A=1.53q?l）d2 =3500/10/238.9191/3.14/0.022=21.2 （

??d70A=1.65

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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℃， ??AU?F CRL????1A?A㎡5=9.??cIN AU???hxhx

式中A—间接系统集热器总面积，㎡IN FU—集热器总热损系数，W/（㎡·℃）LR FU宜取4～６对平板集热器，W/（㎡·℃）LR FU宜取１～２W/（㎡·℃）对真空管集热器，取1LR U —环热器传热系数，W/（㎡·℃）hx A—换热器换热面积，㎡hx QC(t?t)f iwwend?AA—直接系统集热器总面积，㎡cc??)?(J1LTcd Q kg

—日均用水量，w C—水的定压比热容，·℃）kJ/（kg w t—出水箱内水的设计温度，℃end t—水的初始温度，℃i 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

J—当地集热采光面上的年平均日太阳辐照量kJ/㎡T?—集热器的年平均集热效率；根均经验值宜为0.25～0.5 取0.6cd?—出水箱和管路的热损失率；根据经验取值宜为0.20～0.30 取0.2L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

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三、换热器计算

1.传热面积

Q?A U?T(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.平均温度差（考虑逆流情况）

(T?T)?(T?T)c1h2h1c2??T TT?c2h1ln

TT?c1h2）（2.2.1 其中冷流体温度℃—T c℃—热流体温度T h为出口温度为入口温度，下标2下标1T?T c2h1 2当时，可用算数平均值计算，即≤

?TT c1h2)T)?(T?T?(T c1c2h2h12（2.2.2）

U

3.传热系数?AA111111oo)?)?()?(??(

??AUhAkkh ioiiooi）（2.3.1 s㎡－螺旋换热器内表面传热系数h J/··℃i℃s㎡J －螺旋换热器外表面传热系数h /··o m δ－螺旋换热器管壁厚/m J·℃·s－管材的导热系数λ℃·s·1均为）,kk－分别为管内外垢层热阻的倒数（当无垢层热阻时,k㎡k/J oiioη＝）η－为肋面总效率（如果外表面为肋化，则1oo A o－为换热管的外表面积与内表面积之比；

A i4 / 6

4.螺旋管内表面传热系数

??Nu ff?h i l（2.4.1）

其中

—管内表面传热系数J/㎡·h·℃h i Nu—努塞尔数f?—流体导热系数W/m·K f换热器设计流量为：4L/min～14L/min，

管内为湍流时

45～1.2×10,Pr＝0.1～120＝10，l/d≥60; 管内径d为特征长度。实验关联式验证范围：Re f f

采用迪图斯-贝尔特公式：

0.8n Pr?0.023ReNu fff（2.4.2）

加热流体时n＝0.4，冷却流体时n＝0.3

Re－雷诺数u·l/νf u－流体流速m/s

l－管径m

ν－流体运动黏度㎡/s

Pr－普朗特数C p·μ/λ＝ν/a f

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。推荐：r d1.77??1cr对于气体R3d??cr?1?10.3??

对于液体R??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

0.1431/???Re????ff86.1Nu?????f?dl/????w（2.4.3）?按壁温计算），特长长度为管径。实验验证范围：（但t此式的定性温度为流体平均温度fw5 / 6

0.143/1????Re????4fff5??≥2

＝0.0044～9.75Re＝10＝～1.2×10,Pr0.48～16700，，??f f??dl/????ww螺旋管外表面传热系数（自然对流换热情况）5.3??Tgl?rG拉格晓夫数2?（2.5.1）??Nu?h数传管螺旋外表面热系

l）（2.5.2 其中K ·s J－螺旋管外表面传热系数h /㎡·－螺旋管外表面努塞尔数Nu －螺