關于盤管換熱器相關計算

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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q q=GCΔT=600*4.2*10^3*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0.014m Re 21244.31 Re 25179.86 管徑0.20m Re 30349.01 Re 35971.22 湍流范圍：Re=10^4~1.2*10^5 物性參數： 40℃飽和水參數。 黏度—653.3*10^-6 運動黏度—0.659 *1

2、0^-6 普朗特數—4.31 導熱系數—63.5*10^2 w/(m. ℃) 求解過程： 盤管內平均水溫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 ＝1.2*0.023*21244.310.84.310.4=143.4 （d1） ＝1.2*0.023*30349.010.84.310.4=190.7 （d2） 管內對流換熱系數為 =143.4*0.635/0.014=6503.39 （d1） =190.7*0.635/0.02=6055.63

3、 （d2） 管外對流換熱系數 格拉曉夫數準則為（Δt=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 為水的膨脹系數為386*10^-6 1/K 自然對流換熱均為層流換熱（層流范圍：Gr=10^4~5.76*10^8） =0.525(356781.6*4.31)0.25=18.48755 （d1） =0.525(927492.9*4.31)0.25=23

4、.47504 （d2） 其中Pr普朗特數為4.31 對流換熱系數為 =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U =1/6503.39+1/838.5422+1/393=0.003891 U=257.0138 （d1）

5、 =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? J/㎡s℃ ho－螺旋換熱器外表面?zhèn)鳠嵯禂? J/㎡s℃ δ－螺旋換熱器管壁厚 m δ=1m λ－管材的導熱系數 J/ms℃ λ=393W/m℃ ko－分別為管外垢層熱阻的倒數（當無垢層熱阻時ko為1） J/㎡s

6、℃ 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） 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℃， =9.5㎡ 式中 —間接系統集熱器總面積，㎡ —集熱器總熱損系數，W/（㎡℃） 　　　　對平板集熱器，宜取4～６W/（㎡℃） 　　　　對真空管集

7、熱器，宜取１～２W/（㎡℃）取1 —環(huán)熱器傳熱系數，W/（㎡℃） —換熱器換熱面積，㎡ —直接系統集熱器總面積，㎡　　 —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，%；根據系統的使用期內的太陽輻照、系統經濟以用戶要求等因素綜合考慮后確定，宜為30%～80% 取1 —當地集熱采光面上的年平均日太陽輻照量kJ/㎡ —集熱器的年平均集熱效率；根均經驗值宜為0.25～0.5 取0.6 —出水箱和管路的熱損失率；根據經驗取值宜為0.20～0.30 取0.2 結論： 1） 換熱器入口流速在1 m/s

8、 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/s U—傳熱系數 J/㎡s℃ ΔT－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

9、用算數平均值計算，即 （2.2.2） 3.傳熱系數U （2.3.1） hi－螺旋換熱器內表面?zhèn)鳠嵯禂? J/㎡s℃ ho－螺旋換熱器外表面?zhèn)鳠嵯禂? J/㎡s℃ δ－螺旋換熱器管壁厚 m λ－管材的導熱系數 J/ms℃ ki,ko－分別為管內外垢層熱阻的倒數（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） －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?

10、 （2.4.1） 其中 hi—管內表面?zhèn)鳠嵯禂? J/㎡h℃ —努塞爾數 —流體導熱系數 W/mK 換熱器設計流量為：4L/min～14L/min， 管內為湍流時 實驗關聯式驗證范圍：Ref＝104～1.2105,Prf＝0.1～120，l/d≥60; 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n＝0.4，冷卻流體時n＝0.3 Ref－雷諾數 u

11、l/ν u－流體流速 m/s l－管徑 m ν－流體運動黏度 ㎡/s Prf－普朗特數 Cpμ/λ＝ν/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數后再乘以一個螺旋管修正系數cr。推薦： 對于氣體 對于液體 以上內容僅適用于Pr>0.6的氣體或液體，d是螺旋管的內經，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

12、 （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： Ref＝104～1.2105,Prf＝0.48～16700，＝0.0044～9.75，≥2 5.螺旋管外表面?zhèn)鳠嵯禂担ㄗ匀粚α鲹Q熱情況） 格拉曉夫數 （2.5.1） 螺旋管外表面?zhèn)鳠嵯禂? （2.5.2） 其中 h－螺旋管外表面?zhèn)鳠嵯禂? J/㎡sK Nu－螺旋管外表面努塞爾數 λ－螺旋管外流體導熱系數 W/mK l－螺旋管外徑 m 努塞爾數 （2.5.3） 其中 ρ－螺旋管外流體密度 kg/m3 α－螺旋管外流體膨脹系數 K-1 g－重力加速度 kg/s Δt－流體和管壁間的溫度差 K Pr－流體的普朗特數 Cpρν/λ Cp－流體的比熱 J/kgK ν－流體運動黏度 ㎡/s