盘管换热水箱盘管换热器设计

盘管换热水箱盘管换热器设计

一集热器面积计算分离式太阳能热水系统最大的特点是储水箱和热装置的分离，热装置通过换热器与水箱中的水交换。水箱换热器面积应根据用户用水负荷、集热器面积和当地辐照情况进行计算。换热器面积配置过低,会提高集热循环的平均工作温度,降低太阳能系统效率。因此储热水箱的合理设计是本系统高效、安全运行的关键之一。二抗补偿温度差集热器吸收太阳辐射能转化成热能,传给循环管路中的热媒。热媒通过循环管路进行温差循环:当集热器温度与水箱换热器的温度差高于温差循环启动值时,循环泵启动;当两者的温差降到温差循环停止时,循环泵停止。当热媒流经放热盘管时,放出热量,通过换热管管壁的热传导,将水箱中的水加热,完成热交换过程。三浮动盘管型换热器的优越性水箱与盘管可组成一个容积式浮动盘管换热器。浮动盘管型换热器与套管型管换热器相比,其优越性主要体现在传热系数K值有所提高、容积利用率提高、能自动脱垢等几个方面。四克氏盘管铺设的热性能计算1设计参数的选择集热器集热面积A为4.26m2,水箱容积300L,水箱内水温度57℃,盘管进出口温度分别为64℃、58℃。盘管内走饱和水,水的流向为高进低出。盘管与水箱的设计压力均为0.6MPa。2热计算(1)换热量计算盘管换热器最大换热量计算公式为:式中:η为集热器效率,取50%;A为集热器换热面积,取4.26m2;qsun为集热器每m2得热量,取800W/m2。(2)平均温差计算式中:Tcm为盘管平均温度,;Tbm为水箱平均温度,取57℃。(3)传热系数计算式中:α1为管内强迫对流换热系数;α2为管外自然对流换热系数。(1)管内换热系数计算管内工质是水,据测试数据,盘管进出口温度设定为64℃和58℃,则定性温度为进出口平均温度(61℃),定性尺寸取盘管内径di=0.013m,61℃时饱和水的物性参数值:动力粘度µ=4.635×10-4kg/(m·s);密度ρ=982.57kg/m3;普朗特数Pr=2.946;运动粘度υ=0.4717×10-6m2/s;导热系数λ=0.6599W/(m·℃)。查热水供暖系统管道水力计算表(按平均水温60℃,相应密度为983.248kg/m3,管子的绝对粗糙度为0.2mm)知,当管径为15mm时,管内水的流速ω不大于0.48m/s,因此取管内工质流速ω为0.42m/s,则管内工质的雷诺数为:管内流动为湍流,为管内受迫对流。我国工程计算中,对于液体螺旋流最常用的公式为:则管内换热系数为:b.管外换热系数计算管外水箱内是饱和水,据测试数据,水箱内温度设定为57℃。由于水箱内液体体积大,流速低,整个水箱的温度对工况的改变不敏感,一般变化较慢,取57℃为定性温度,管外径0.015m为定性尺寸,查得57℃时饱和水的物性参数值为:动力粘度µ=4.94×10-4kg/(m·s);密度ρ=984.6kg/m3;运动粘度υ=0.5014×10-6m2/s;导热系数λ=0.6557W/(m·℃);体积膨胀系数β=5.025×10-4K-1;Pr=3.155。对容积式浮动盘管换热器来说,由于水箱内液体体积大,流速低,因而管外液体中的传热为自然对流换热,按《热工手册》式(5-9-11)水平圆管自然对流换热计算,即:则管外换热系数为:式中,1.02为弯管修正系数。λ为不锈钢的导热系数(一般盘管采用不锈钢加工制成),查《传热学》附录手册,不锈钢管导热系数取17W/(m·℃),以圆管外侧为基准,其传热系数K为:(4)计算加热盘管的换热面积式中:F为热交换器加热面积,m2;q为换热量,W;ε为由于水垢和热媒分布不均匀影响传热系数效率的系数,一般采用0.6～0.8,取0.7;K为传热系数,W/(m2·℃);Cr为热损失系数,一般采用1.1～1.2,取1.2;芓m为热媒与被加热水的计算温度差,℃。3结构设计浮动螺旋盘管选用ϕ15mm、壁厚1mm的不锈钢管,换热面积为1.48m2,则加热盘管的长度L为:L=F/(3.14×0.015)=31.4m。4流动阻力计算盘管的总压力降包括沿程阻力、回弯阻力和进出口连接管阻力。查不同材料表面的绝对粗糙度表得不锈钢冷拔无缝钢管的表面绝对粗糙度ks=0.02mm,则可得管内摩擦系数:因盘管总压力降小于允许值0.3×1