盘管换热器相关计算

1、、铜盘管换热器相关计算条件：600kg水6小时升温30C 单位时间内换热器的放热量为qq=GC T=600*4.2*10A3*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 C定性温度50 C管径0.014mRe 21244.31Re 25179.86管径0.20mRe 30349.01Re 35971.22湍流范围：Re=10A41.2*10A5物性参数：40 C饱和水参数。黏度一653.3*10八-6运动黏度一0.659 *10八-6普朗特数一4.31 导热系数63.5*10八2 w/(m. C)求解过程：盘管

2、内平均水温40 C为定性温度时换热铜管的外径，分别取 d1=0.014md2=0.02m努谢尔特准则为NUf =1.2* 0.023Ref0.8Prf0.4 = 1.2*0.023*21244.31 0.84.310.4=143.4(d1)NUf =1.2* 0.023Ref P*= 1.2*0.023*30349.014.31 =190.7(d2)管内对流换热系数为, Nu f :&hi-=143.4*0.635/0.014=6503.39(d1)Nu f hif_ =190.7*0.635/0.02=6055.63(d2)l管外对流换热系数格拉晓夫数准则为(At=10)Gr 二g

3、： ：td3/ 2=9.8*3.86*10人-4*10*.016 3/(0.659*10人-6) 2=356781.6 (d1)Gr = g ： ：td 3 / 2 =9.8*3.86*10A-4*10*.022 3/(0.659*10人-6) 2=927492.9 (d2)其中 g=9.8 N/kg-为水的膨胀系数为 386*10A-61/KNu w 二 0.525Nu w -0.5250.25Pr0.25Pr0 25=0.525(356781.6*4.31)=18.48755(d1)0.25=0.525(927492.9*4.31)=23.47504(d2)其中Pr普朗特数为4.31 对流

4、换热系数为Num =18.48755*0.635/0.014=838.5422dNUm九一 =23.47504*0.635/0.014=677.5749(d2)d其中为 0.635w/(m. C).传热系数U111、=1/6503.39+1/838.5422+1/393=0.003891U hi ho U=257.0138(d1)111、=1/6055.63+1/677.5749+1/393=0.004186U hi ho U= 238.9191(d2)hi -螺旋换热器内表面传热系数J/ m2 s Ch°螺旋换热器外表面传热系数J/ m2 s C螺旋换热器管壁厚m3=1m入一管材的

5、导热系数J/m s C入 =393W/m Ck。一分别为管外垢层热阻的倒数(当无垢层热阻时ko为1) J/ ms C自来水ko=0.0002 me /w换热器铜管长度70：二d=3500/10/257.0138/3.14/0.014=27.1(d1)A=1.53q70：二d=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10C，集热平面太阳辐照量 17MJ/ m以上，温升30C,Ain %1+FrUl Ac = 9.5 m<Uhx Ahx .丿式中Ain 间接系统集热器总面积，怦Fr

6、U L 集热器总热损系数，W/ （mC）对平板集热器，FrUl宜取46 W/（mC）对真空管集热器，FrUl宜取12 W/（mc）取1U hx 环热器传热系数，W/ （m2C）Ahx 换热器换热面积，mAc 直接系统集热器总面积，mAc = QwCw（tendJt 耳 cd （1 - 口 L ）Qw 日均用水量，kgCw 水的定压比热容，kJ/ （kg C）tend 出水箱内水的设计温度，Cti 水的初始温度，Cf 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1Jt 当地集热采光面上的年平均日太阳辐照量kJ/ mcd 集热器的年平均

7、集热效率；根均经验值宜为0.250.5 取0.6l 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40C左右3）换热器的入口压力不低于 0.2 5MPa三、换热器计算(2.1.1)1传热面积(Th1 - Tc2 ) - (Th2 _ Tc1 )(2.2.1)其中T c冷流体温度°CT h 热流体温度C下标1为入口温度，下标2为出口温度当Th1 讥 三2时，可用算数平均值计算，即Th2 'Td(Th1 -2) (Th2 -Td)2(2.2.2)3传热系数Ulb+)丄o o(231)hi 螺

8、旋换热器内表面传热系数J/ m2 s Ch°螺旋换热器外表面传热系数 J/ m s C螺旋换热器管壁厚m入管材的导热系数 J/m s Cki,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/ m S Cn 为肋面总效率（如果外表面为肋化，则n= 1）Ai-为换热管的外表面积与内表面积之比;AQU TA 传热面积mQ传热量J/sU传热系数J/ m s CAT -平均温度差C2平均温度差（考虑逆流情况）4螺旋管内表面传热系数NUf % hi 二其中hi管内表面传热系数NUf 努塞尔数f 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

9、实验关联式验证范围：Ref = 1041.2 x 105,Pr f = 0.1120, l/d > 60;管内径d为特征长度。采用迪图斯-贝尔特公式：(242)0.8 nNu f = 0.023Ref Prf加热流体时n= 0.4，冷却流体时n= 0.3Ref雷诺数u - l/ Vu-流体流速m/s1 管径mV 流体运动黏度m2 /sPrf普朗特数Cp - /（!= Va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 5。推荐：对于气体dcr =11.77R对于液体cr =1 10.3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, 管内层流时，推荐采用齐德-泰特公式来计算长为I的管道平均Nu数R是螺旋圈的半径(243)此式的定性温度为流体平均温度tf （但w按壁温计算），特长长度为管径。实验验证范围:Ref= 1041.2X 105,Pr f = 0.48 16700,=0.00449.75, *1w£<1/3 gr.O.14寫f = 25.螺旋管外表面传热系数（自然对流换热情况）格拉晓夫数螺旋管外表面传热系数其中h-螺旋管外表面传热系数 Nu -螺旋管外表面努塞尔数 入-螺旋管外流体导热系数Gr =9LTNu