盤管換熱器相關計算

條件：600kg水6小時升溫30℃單位時間內(nèi)換熱器的放熱量為qq=GCT=600**10^3*30/(6*3600)=3500w盤管內(nèi)流速 1m/s，管內(nèi)徑為 0.007m，0.01m，盤管內(nèi)水換熱情況：定性溫度40℃定性溫度50℃管徑0.014mReRe管徑0.20mReRe湍流范圍：Re=10^4~*10^5物性參數(shù)：40℃飽和水參數(shù)。黏度—*10^-6運動黏度—*10^-6普朗特數(shù)—導熱系數(shù)—*10^2w/(m.℃)求解過程：盤管內(nèi)平均水溫 40℃為定性溫度時換熱銅管的外徑，分別取 d1=0.014m d2=0.02m努謝爾特準則為Nuf1.2*0.023Ref0.8Prf0.4＝**（d1）Nuf1.2*0.023Ref0.8Prf0.4＝**（d2）管內(nèi)對流換熱系數(shù)為NuffhilNuffhil

=*= （d1）=*=（d2）管外對流換熱系數(shù)格拉曉夫數(shù)準則為（t=10）Grgtd3/2=**10^-4*10*.0163/*10^-6)2=（d1）Grgtd3/2=**10^-4*10*.0223/*10^-6)2=（d2）其中g=N/kg為水的膨脹系數(shù)為386*10^-61/K自然對流換熱均為層流換熱（層流范圍：Gr=10^4~*10^8）30.25gtlw=*=（d1）Nuw0.5252Prlw3gt0.25=*=Nuw0.5252Pr其中Pr普朗特數(shù)為對流換熱系數(shù)為Num=*=dNum=*=d其中 為(m. ℃).傳熱系數(shù) U1 1 1=1/+1/+1/393=U hi hoU=1 1 1=1/+1/+1/393=U hi hoU=hi－螺旋換熱器內(nèi)表面?zhèn)鳠嵯禂?shù) J/ho－螺旋換熱器外表面?zhèn)鳠嵯禂?shù) J/δ－螺旋換熱器管壁厚mδ=1mλ－管材的導熱系數(shù)J/m·s·℃

d2）d1）d2）（d1）（d2）㎡·s·℃㎡·s·℃=393W/m℃ko－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=㎡℃/W換熱器銅管長度lq=3500/10/=（d1）70dA=ql =3500/10/= （d2）70 dA=二、集熱面積的相關計算（間接系統(tǒng)）條件：加熱 600kg水，初始水溫 10℃，集熱平面太陽輻照量 17MJ/㎡以上，溫升 30℃，AINAcFRULAC=㎡1AhxUhx式中AIN—間接系統(tǒng)集熱器總面積，㎡FRUL—集熱器總熱損系數(shù)， W/（㎡·℃）對平板集熱器， FRUL宜取4～６W/（㎡·℃）對真空管集熱器， FRUL宜?。薄瞁/（㎡·℃）取1Uhx—環(huán)熱器傳熱系數(shù)， W/（㎡·℃）Ahx—換熱器換熱面積，㎡Ac—直接系統(tǒng)集熱器總面積，㎡QwCw(tendti)fAcL)JTcd(1Qw—日均用水量，kgCw—水的定壓比熱容， kJ/（kg·℃）tend—出水箱內(nèi)水的設計溫度，℃ti—水的初始溫度，℃f—太陽保證率， %；根據(jù)系統(tǒng)的使用期內(nèi)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

1JT—當?shù)丶療岵晒饷嫔系哪昶骄仗栞椪樟?/p>

kJ/

㎡cd—集熱器的年平均集熱效率；根均經(jīng)驗值宜為～

取L—出水箱和管路的熱損失率；根據(jù)經(jīng)驗取值宜為～

取結論：1） 換熱器入口流速在 1m/s

左右2） 保證換熱器內(nèi)的平均溫度在

40℃左右3） 換熱器的入口壓力不低于

5MPa三、換熱器計算傳熱面積A

QUTA—傳熱面積 ㎡Q—傳熱量 J/sU—傳熱系數(shù) J/ ㎡·s·℃T－平均溫度差 ℃2.平均溫度差（考慮逆流情況）(Th1 Tc2) (Th2 Tc1)TlnTh1 Tc2Th2 Tc1）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Th1 Tc2≤2時，可用算數(shù)平均值計算，即Th2 Tc1(Th1 Tc2) (Th2 Tc1)2（2.2.2）3.傳熱系數(shù)U11Ao)1111Ao)(Ai(ko)(AiUhihooki）hi－螺旋換熱器內(nèi)表面?zhèn)鳠嵯禂?shù) J/ ㎡·s·℃ho－螺旋換熱器外表面?zhèn)鳠嵯禂?shù) J/ ㎡·s·℃δ－螺旋換熱器管壁厚 mλ－管材的導熱系數(shù) J/m·s·℃ki,ko－分別為管內(nèi)外垢層熱阻的倒數(shù)（當無垢層熱阻時 ki,ko均為1）J/ ㎡·s·℃ηo－為肋面總效率（如果外表面為肋化，則 ηo＝1）Ao－為換熱管的外表面積與內(nèi)表面積之比；Ai螺旋管內(nèi)表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)Nuf fhil）其中hi—管內(nèi)表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)J/㎡·h·℃Nuf—努塞爾數(shù)f—流體導熱系數(shù) W/m·K換熱器設計流量為： 4L/min～14L/min，管內(nèi)為湍流時4 5實驗關聯(lián)式驗證范圍： Ref＝10～×10,Prf＝～120，l/d≥60; 管內(nèi)徑d為特征長度。Nuf 0.023Ref0.8Prfn（2.4.2）加熱流體時n＝，冷卻流體時n＝Ref－雷諾數(shù)u·l/νu－流體流速m/sl－管徑mν－流體運動黏度㎡/sPrf－普朗特數(shù)Cp·μ/λ＝ν/a螺旋管內(nèi)流體在向前運動過程中連續(xù)的改變方向，因此會在橫截面上引起二次環(huán)流而強化換熱。流體在螺旋管內(nèi)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cr11.77dRd3對于液體cr110.3R以上內(nèi)容僅適用于Pr>的氣體或液體，d是螺旋管的內(nèi)經(jīng)，R是螺旋圈的半徑管內(nèi)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)1/30.14Nuf1.86Reffl/dw（2.4.3）此式的定性溫度為流體平均溫度t（但w按壁溫計算），特長長度為管徑。實驗驗證范圍：fRef＝104～×105,Prf＝～16700， f ＝～，w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)）

1/3 0.14Ref f ≥2l/d wgl3 TGr 2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/㎡·s·KNu－螺旋管外表面努塞爾數(shù)λ－螺旋管外流體導熱系數(shù)W/m·Kl－螺旋管外徑m

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