盘管换热器相关计算.doc

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qq=GCT=600*4.2*103*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0.014mRe 21244.31Re 25179.86管径0.20mRe 30349.01Re 35971.22湍流范围：Re=1041.2*105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*102 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 （d2）管外对流换热系数格拉晓夫数准则为（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（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=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=0.003891U=257.0138 （d1） =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/sho螺旋换热器外表面传热系数 J/s螺旋换热器管壁厚 m =1m管材的导热系数 J/ms =393W/mko分别为管外垢层热阻的倒数（当无垢层热阻时ko为1） J/s 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4W/（）对真空管集热器，宜取W/（）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0.250.5 取0.6出水箱和管路的热损失率；根据经验取值宜为0.200.30 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三、换热器计算1.传热面积 (2.1.1)A 传热面积 Q传热量 J/sU传热系数 J/sT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/sho螺旋换热器外表面传热系数 J/s螺旋换热器管壁厚 m管材的导热系数 J/mski,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/so为肋面总效率（如果外表面为肋化，则o1）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 （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/min14L/min，管内为湍流时实验关联式验证范围：Ref1041.2105,Prf0.1120，l/d60; 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n0.4，冷却流体时n0.3Ref雷诺数 ul/u流体流速 m/sl管径 m流体运动黏度 /sPrf普朗特数 Cp/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Pr0.6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 （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：Ref1041.2105,Prf0.4816700，0.00449.75，25.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/sKNu螺旋管外表面努塞尔