盘管换热器相关计算

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1、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： 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 *1

2、0^-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 ＝1.2*0.023*21244.310.84.310.4=143.4 （d1） ＝1.2*0.023*30349.010.84.310.4=190.7 （d2） 管内对流换热系数为 =143.4*0.635/0.014=6503.39 （d1） =190.7*0.635/0.02=6055.63

3、 （d2） 管外对流换热系数 格拉晓夫数准则为（Δt=10） =9.8*3.86*10^-4*10*.0163/(0.659*10^-6)2=356781.6 （d1） =9.8*3.86*10^-4*10*.0223/(0.659*10^-6)2=927492.9（d2） 其中g=9.8 N/kg 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） =0.525(356781.6*4.31)0.25=18.48755 （d1） =0.525(927492.9*4.31)0.25=23

4、.47504 （d2） 其中Pr普朗特数为4.31 对流换热系数为 =18.48755*0.635/0.014=838.5422 （d1） =23.47504*0.635/0.014=677.5749 （d2） 其中为0.635w/(m. ℃) .传热系数U =1/6503.39+1/838.5422+1/393=0.003891 U=257.0138 （d1）

5、 =1/6055.63+1/677.5749+1/393=0.004186 U=238.9191 （d2） hi－螺旋换热器内表面传热系数 J/㎡s℃ ho－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/ms℃ λ=393W/m℃ ko－分别为管外垢层热阻的倒数（当无垢层热阻时ko为1） J/㎡s

6、℃ 自来水 ko=0.0002㎡℃/W 换热器铜管长度 =3500/10/257.0138/3.14/0.014=27.1 （d1） A=1.53 =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℃， =9.5㎡ 式中 —间接系统集热器总面积，㎡ —集热器总热损系数，W/（㎡℃） 　　　　对平板集热器，宜取4～６W/（㎡℃） 　　　　对真空管集

7、热器，宜取１～２W/（㎡℃）取1 —环热器传热系数，W/（㎡℃） —换热器换热面积，㎡ —直接系统集热器总面积，㎡　　 —日均用水量，kg —水的定压比热容，kJ/（kg℃） —出水箱内水的设计温度，℃ —水的初始温度，℃ —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 —当地集热采光面上的年平均日太阳辐照量kJ/㎡ —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 —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

8、 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 (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） （2.2.1） 其中 Tc—冷流体温度 ℃ Th—热流体温度 ℃ 下标1为入口温度，下标2为出口温度 当≤2时，可

9、用算数平均值计算，即 （2.2.2） 3.传热系数U （2.3.1） hi－螺旋换热器内表面传热系数 J/㎡s℃ ho－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/ms℃ ki,ko－分别为管内外垢层热阻的倒数（当无垢层热阻时ki,ko均为1） J/㎡s℃ ηo－为肋面总效率（如果外表面为肋化，则ηo＝1） －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

10、 （2.4.1） 其中 hi—管内表面传热系数 J/㎡h℃ —努塞尔数 —流体导热系数 W/mK 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：Ref＝104～1.2105,Prf＝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： （2.4.2） 加热流体时n＝0.4，冷却流体时n＝0.3 Ref－雷诺数 u

11、l/ν u－流体流速 m/s l－管径 m ν－流体运动黏度 ㎡/s Prf－普朗特数 Cpμ/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cr。推荐： 对于气体 对于液体 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

12、 （2.4.3） 此式的定性温度为流体平均温度tf（但按壁温计算），特长长度为管径。实验验证范围： Ref＝104～1.2105,Prf＝0.48～16700，＝0.0044～9.75，≥2 5.螺旋管外表面传热系数（自然对流换热情况） 格拉晓夫数 （2.5.1） 螺旋管外表面传热系数 （2.5.2） 其中 h－螺旋管外表面传热系数 J/㎡sK Nu－螺旋管外表面努塞尔数 λ－螺旋管外流体导热系数 W/mK l－螺旋管外径 m 努塞尔数 （2.5.3） 其中 ρ－螺旋管外流体密度 kg/m3 α－螺旋管外流体膨胀系数 K-1 g－重力加速度 kg/s Δt－流体和管壁间的温度差 K Pr－流体的普朗特数 Cpρν/λ Cp－流体的比热 J/kgK ν－流体运动黏度 ㎡/s