盤管換熱器相關(guān)計算

1、、銅盤管換熱器相關(guān)計算條件：600kg水6小時升溫30C 單位時間內(nèi)換熱器的放熱量為qq=GC T=600*4.2*10A3*30/(6*3600)= 3500 w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 C定性溫度50 C管徑0.014mRe 21244.31Re 25179.86管徑0.20mRe 30349.01Re 35971.22湍流范圍：Re=10A41.2*10A5物性參數(shù)：40 C飽和水參數(shù)。黏度一653.3*10八-6運(yùn)動黏度一0.659 *10八-6普朗特數(shù)一4.31 導(dǎo)熱系數(shù)63.5*10八2 w/(m. C)求解過程：盤管

2、內(nèi)平均水溫40 C為定性溫度時換熱銅管的外徑，分別取 d1=0.014md2=0.02m努謝爾特準(zhǔn)則為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)管內(nèi)對流換熱系數(shù)為, 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管外對流換熱系數(shù)格拉曉夫數(shù)準(zhǔn)則為(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-為水的膨脹系數(shù)為 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普朗特數(shù)為4.31 對流

4、換熱系數(shù)為Num =18.48755*0.635/0.014=838.5422dNUm九一 =23.47504*0.635/0.014=677.5749(d2)d其中為 0.635w/(m. C).傳熱系數(shù)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 -螺旋換熱器內(nèi)表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)J/ m2 s Ch°螺旋換熱器外表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)J/ m2 s C螺旋換熱器管壁厚m3=1m入一管材的

5、導(dǎo)熱系數(shù)J/m s C入 =393W/m Ck。一分別為管外垢層熱阻的倒數(shù)(當(dāng)無垢層熱阻時ko為1) J/ ms C自來水ko=0.0002 me /w換熱器銅管長度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、集熱面積的相關(guān)計算（間接系統(tǒng)）條件：加熱600kg水，初始水溫10C，集熱平面太陽輻照量 17MJ/ m以上，溫升30C,Ain %1+FrUl Ac = 9.5 m<Uhx Ahx .丿式中Ain 間接系統(tǒng)集熱器總面積，怦Fr

6、U L 集熱器總熱損系數(shù)，W/ （mC）對平板集熱器，F(xiàn)rUl宜取46 W/（mC）對真空管集熱器，F(xiàn)rUl宜取12 W/（mc）取1U hx 環(huán)熱器傳熱系數(shù)，W/ （m2C）Ahx 換熱器換熱面積，mAc 直接系統(tǒng)集熱器總面積，mAc = QwCw（tendJt 耳 cd （1 - 口 L ）Qw 日均用水量，kgCw 水的定壓比熱容，kJ/ （kg C）tend 出水箱內(nèi)水的設(shè)計溫度，Cti 水的初始溫度，Cf 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(jì)以用戶要求等因素綜合考慮后確 定，宜為30%80% 取1Jt 當(dāng)?shù)丶療岵晒饷嫔系哪昶骄仗栞椪樟縦J/ mcd 集熱器的年平均

7、集熱效率；根均經(jīng)驗值宜為0.250.5 取0.6l 出水箱和管路的熱損失率；根據(jù)經(jīng)驗取值宜為0.200.30 取0.2結(jié)論：1）換熱器入口流速在1 m/s左右2） 保證換熱器內(nèi)的平均溫度在40C左右3）換熱器的入口壓力不低于 0.2 5MPa三、換熱器計算(2.1.1)1傳熱面積(Th1 - Tc2 ) - (Th2 _ Tc1 )(2.2.1)其中T c冷流體溫度°CT h 熱流體溫度C下標(biāo)1為入口溫度，下標(biāo)2為出口溫度當(dāng)Th1 譏 三2時，可用算數(shù)平均值計算，即Th2 'Td(Th1 -2) (Th2 -Td)2(2.2.2)3傳熱系數(shù)Ulb+)丄o o(231)hi 螺

8、旋換熱器內(nèi)表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)J/ m2 s Ch°螺旋換熱器外表面?zhèn)鳠嵯禂?shù) J/ m s C螺旋換熱器管壁厚m入管材的導(dǎo)熱系數(shù) J/m s Cki,ko分別為管內(nèi)外垢層熱阻的倒數(shù)（當(dāng)無垢層熱阻時ki,ko均為1）J/ m S Cn 為肋面總效率（如果外表面為肋化，則n= 1）Ai-為換熱管的外表面積與內(nèi)表面積之比;AQU TA 傳熱面積mQ傳熱量J/sU傳熱系數(shù)J/ m s CAT -平均溫度差C2平均溫度差（考慮逆流情況）4螺旋管內(nèi)表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)NUf % hi 二其中hi管內(nèi)表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)NUf 努塞爾數(shù)f 流體導(dǎo)熱系數(shù) W/mK換熱器設(shè)計流量為：4L/min14L/min ,管內(nèi)為湍流時

9、實驗關(guān)聯(lián)式驗證范圍：Ref = 1041.2 x 105,Pr f = 0.1120, l/d > 60;管內(nèi)徑d為特征長度。采用迪圖斯-貝爾特公式：(242)0.8 nNu f = 0.023Ref Prf加熱流體時n= 0.4，冷卻流體時n= 0.3Ref雷諾數(shù)u - l/ Vu-流體流速m/s1 管徑mV 流體運(yùn)動黏度m2 /sPrf普朗特數(shù)Cp - /（!= Va螺旋管內(nèi)流體在向前運(yùn)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(qiáng)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) 5。推薦：對于氣體dcr =11.77R對于液體cr =1 10.3以上內(nèi)容僅適用于 Pr>0.6的氣體或液體，d是螺旋管的內(nèi)經(jīng), 管內(nèi)層流時，推薦采用齊德-泰特公式來計算長為I的管道平均Nu數(shù)R是螺旋圈的半徑(243)此式的定性溫度為流體平均溫度tf （但w按壁溫計算），特長長度為管徑。實驗驗證范圍: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?zhèn)鳠嵯禂?shù)（自然對流換熱情況）格拉曉夫數(shù)螺旋管外表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)其中h-螺旋管外表面?zhèn)鳠嵯禂?shù) Nu -螺旋管外表面努塞爾數(shù) 入-螺旋管外流體導(dǎo)熱系數(shù)Gr =9LTNu