盤管換熱器相關計算

1、一、銅盤管換熱器相關計算條件：600kg水 6小時升溫30單位時間內換熱器的放熱量為qq=GCT=600*4.2*103*30/(6*3600)= 3500 w盤管內流速1m/s，管內徑為0.007m，0.01m，盤管內水換熱情況：定性溫度40定性溫度50管徑0.014mRe 21244.31Re 25179.86管徑0.20mRe 30349.01Re 35971.22湍流范圍：Re=1041.2*105物性參數(shù)：40飽和水參數(shù)。黏度653.3*10-6 運動黏度0.659 *10-6 普朗特數(shù)4.31 導熱系數(shù)63.5*102 w/(m. )求解過程：盤管內平均水溫40為定性溫度時換熱銅管

2、的外徑，分別取d1=0.014m d2=0.02m努謝爾特準則為1.2*0.023*21244.310.84.310.4=143.4 （d1）1.2*0.023*30349.010.84.310.4=190.7 （d2）管內對流換熱系數(shù)為=143.4*0.635/0.014=6503.39 （d1）=190.7*0.635/0.02=6055.63 （d2）管外對流換熱系數(shù)格拉曉夫數(shù)準則為（t=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（

3、d2）其中g=9.8 N/kg為水的膨脹系數(shù)為386*10-6 1/K自然對流換熱均為層流換熱（層流范圍：Gr=1045.76*108）=0.525(356781.6*4.31)0.25=18.48755 （d1） =0.525(927492.9*4.31)0.25=23.47504 （d2）其中Pr普朗特數(shù)為4.31對流換熱系數(shù)為=18.48755*0.635/0.014=838.5422 （d1） =23.47504*0.635/0.014=677.5749 （d2）其中為0.635w/(m. ).傳熱系數(shù)U=1/6503.39+1/838.5422+1/393=0.003891U=257

4、.0138 （d1） =1/6055.63+1/677.5749+1/393=0.004186 U=238.9191 （d2） hi螺旋換熱器內表面?zhèn)鳠嵯禂?shù) J/sho螺旋換熱器外表面?zhèn)鳠嵯禂?shù) J/s螺旋換熱器管壁厚 m =1m管材的導熱系數(shù) J/ms =393W/mko分別為管外垢層熱阻的倒數(shù)（當無垢層熱阻時ko為1） J/s 自來水 ko=0.0002/W換熱器銅管長度 =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、集熱面積的相關計算（間接系統(tǒng)）條件：加熱6

5、00kg水，初始水溫10，集熱平面太陽輻照量17MJ/以上，溫升30， =9.5 式中間接系統(tǒng)集熱器總面積，集熱器總熱損系數(shù)，W/（）對平板集熱器，宜取4W/（）對真空管集熱器，宜取W/（）取1環(huán)熱器傳熱系數(shù)，W/（）換熱器換熱面積，直接系統(tǒng)集熱器總面積，日均用水量，kg水的定壓比熱容，kJ/（kg）出水箱內水的設計溫度，水的初始溫度，太陽保證率，%；根據(jù)系統(tǒng)的使用期內的太陽輻照、系統(tǒng)經(jīng)濟以用戶要求等因素綜合考慮后確定，宜為30%80% 取1當?shù)丶療岵晒饷嫔系哪昶骄仗栞椪樟縦J/集熱器的年平均集熱效率；根均經(jīng)驗值宜為0.250.5 取0.6出水箱和管路的熱損失率；根據(jù)經(jīng)驗取值宜為0.200

6、.30 取0.2結論：1） 換熱器入口流速在1 m/s 左右2） 保證換熱器內的平均溫度在40左右3） 換熱器的入口壓力不低于0.2 5MPa三、換熱器計算1.傳熱面積 (2.1.1)A 傳熱面積 Q傳熱量 J/sU傳熱系數(shù) J/sT平均溫度差 2.平均溫度差（考慮逆流情況） （2.2.1）其中 Tc冷流體溫度 Th熱流體溫度 下標1為入口溫度，下標2為出口溫度當2時，可用算數(shù)平均值計算，即 （2.2.2）3.傳熱系數(shù)U （2.3.1）hi螺旋換熱器內表面?zhèn)鳠嵯禂?shù) J/sho螺旋換熱器外表面?zhèn)鳠嵯禂?shù) J/s螺旋換熱器管壁厚 m管材的導熱系數(shù) J/mski,ko分別為管內外垢層熱阻的倒數(shù)（當無垢

7、層熱阻時ki,ko均為1） J/so為肋面總效率（如果外表面為肋化，則o1）為換熱管的外表面積與內表面積之比；4.螺旋管內表面?zhèn)鳠嵯禂?shù) （2.4.1）其中hi管內表面?zhèn)鳠嵯禂?shù) J/h努塞爾數(shù) 流體導熱系數(shù) W/mK換熱器設計流量為：4L/min14L/min，管內為湍流時實驗關聯(lián)式驗證范圍：Ref1041.2105,Prf0.1120，l/d60; 管內徑d為特征長度。采用迪圖斯-貝爾特公式： （2.4.2）加熱流體時n0.4，冷卻流體時n0.3Ref雷諾數(shù) ul/u流體流速 m/sl管徑 m流體運動黏度 /sPrf普朗特數(shù) Cp/a螺旋管內流體在向前運動過程中連續(xù)的改變方向，因此會在橫截面上

8、引起二次環(huán)流而強化換熱。流體在螺旋管內的對流換熱的計算工程上一般算出平均Nu數(shù)后再乘以一個螺旋管修正系數(shù)cr。推薦：對于氣體 對于液體 以上內容僅適用于Pr0.6的氣體或液體，d是螺旋管的內經(jīng)，R是螺旋圈的半徑管內層流時，推薦采用齊德泰特公式來計算長為l的管道平均Nu數(shù) （2.4.3）此式的定性溫度為流體平均溫度tf（但按壁溫計算），特長長度為管徑。實驗驗證范圍：Ref1041.2105,Prf0.4816700，0.00449.75，25.螺旋管外表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)（自然對流換熱情況）格拉曉夫數(shù) （2.5.1）螺旋管外表面?zhèn)鳠嵯禂?shù) （2.5.2）其中h螺旋管外表面?zhèn)鳠嵯禂?shù) J/sKNu螺旋管外表面努塞爾