盘管换热器相关计算精编版

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q q=GC ΔT=600*4.2*10^3*30/(6*3600)= 3500 w 盘管内流速1m/s ，管内径为0.007m ，0.01m ，湍流范围：Re=10^4~1.2*10^5 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*10^2 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0.4f 8.0f f Pr 023Re .0*2.1Nu =＝1.2*0.023*21244.310.84.310.4=143.4 （d1） 0.4f8.0ff Pr 023Re.0*2.1Nu =＝1.2*0.023*30349.010.84.310.4=190.7 （d2）管内对流换热系数为l Nu h ff i λ⋅==143.4*0.635/0.014=6503.39 （d1） lNu h ff i λ⋅==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（Δt=10）23/υβtd g Gr ∆==9.8*3.86*10^-4*10*.0163/(0.659*10^-6)2=356781.6 （d1） 23/υβtd g Gr ∆==9.8*3.86*10^-4*10*.0223/(0.659*10^-6)2=927492.9（d2）其中g=9.8 N/kgβ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=10^4~5.76*10^8）25.023w wPr t g l 525.0Nu ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⋅∆=να=0.525(356781.6*4.31)0.25=18.48755 （d1）25.023w wPr t g l 525.0Nu ⎪⎪⎭⎫⎝⎛⋅∆=να=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dNu m λα==18.48755*0.635/0.014=838.5422 （d1） dNu m λα==23.47504*0.635/0.014=677.5749 （d2）其中λ为0.635w/(m. ℃) .传热系数Uλδ++=o i h 1h 1U 1=1/6503.39+1/838.5422+1/393=0.003891 U=257.0138 （d1）λδ++=o i h 1h 1U 1=1/6055.63+1/677.5749+1/393=0.004186 U=238.9191 （d2）h i －螺旋换热器内表面传热系数 J /㎡·s ·℃ h o －螺旋换热器外表面传热系数 J /㎡·s ·℃ δ－螺旋换热器管壁厚 m δ=1m λ－管材的导热系数 J /m ·s ·℃ λ=393W/m ℃k o －分别为管外垢层热阻的倒数（当无垢层热阻时k o 为1） J /㎡·s ·℃ 自来水 k o =0.0002㎡℃/W换热器铜管长度 dq l απ70==3500/10/257.0138/3.14/0.014=27.1 （d1）A=1.53dq l απ70==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℃，⎪⎪⎭⎫⎝⎛⋅⋅+⋅=hx hx C L R c IN A U A U F 1A A =9.5㎡式中IN A —间接系统集热器总面积，㎡L R U F —集热器总热损系数，W/（㎡·℃）对平板集热器，L R U F 宜取4～６W/（㎡·℃） 对真空管集热器，L R U F 宜取１～２W/（㎡·℃）取1hx U —环热器传热系数，W/（㎡·℃） hx A —换热器换热面积，㎡c A —直接系统集热器总面积，㎡ )1(J f)t t (C Q A L cd T i end w w c ηη--=w Q —日均用水量，kgw C —水的定压比热容，kJ/（kg ·℃） end t —出水箱内水的设计温度，℃i t —水的初始温度，℃f —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1T J —当地集热采光面上的年平均日太阳辐照量kJ/㎡cd η—集热器的年平均集热效率；根均经验值宜为0.25～0.5 取0.6L η—出水箱和管路的热损失率；根据经验取值宜为0.20～0.30 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TU Q A ∆=(2.1.1)A — 传热面积 ㎡ Q —传热量 J/s U —传热系数 J /㎡·s ·℃ ΔT －平均温度差 ℃2.平均温度差（考虑逆流情况）c1h2c2h1c1h2c2h1T T T T ln )T T ()T (T T -----=∆（2.2.1） 其中T c —冷流体温度 ℃ T h —热流体温度 ℃下标1为入口温度，下标2为出口温度 当c1h2c2h1T T T T --≤2时，可用算数平均值计算，即2)T T ()T (T c1h2c2h1-+-（2.2.2）3.传热系数U)A A (k 11)k 1h 1()A A (h 1U 1io i o o o i o i ++++=λδη（2.3.1）h i －螺旋换热器内表面传热系数 J /㎡·s ·℃ h o －螺旋换热器外表面传热系数 J /㎡·s ·℃ δ－螺旋换热器管壁厚 m λ－管材的导热系数 J /m ·s ·℃k i ,k o －分别为管内外垢层热阻的倒数（当无垢层热阻时k i ,k o 均为1） J /㎡·s ·℃ ηo －为肋面总效率（如果外表面为肋化，则ηo ＝1）ioA A －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lNu h ff i λ⋅=（2.4.1） 其中h i —管内表面传热系数 J /㎡·h ·℃f Nu —努塞尔数f λ—流体导热系数 W/m ·K换热器设计流量为：4L/min ～14L/min ，管内为湍流时实验关联式验证范围：Re f ＝104～1.2×105,Pr f ＝0.1～120，l/d ≥60; 管内径d 为特征长度。

采用迪图斯-贝尔特公式：nf 8.0ff Pr 023Re.0Nu =（2.4.2）加热流体时n ＝0.4，冷却流体时n ＝0.3 Re f －雷诺数 u ·l/ν u －流体流速 m/s l －管径 mν－流体运动黏度 ㎡/s Pr f －普朗特数 C p ·μ/λ＝ν/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c r 。

推荐：对于气体 Rd 1.771cr += 对于液体 3R d 10.31cr ⎪⎭⎫⎝⎛+=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，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14.0w f 3/1f f d /l Re 86.1Nu ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎭⎫⎝⎛=ηη（2.4.3）此式的定性温度为流体平均温度t f （但w η按壁温计算），特长长度为管径。

实验验证范围：Re f ＝104～1.2×105,Pr f ＝0.48～16700，w f ηη＝0.0044～9.75，14.0w f3/1f d /l Re ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎭⎫ ⎝⎛ηη≥25.螺旋管外表面传热系数（自然对流换热情况）格拉晓夫数 23Tgl G r να∆=（2.5.1）螺旋管外表面传热系数lNu h λ⋅=（2.5.2） 其中h －螺旋管外表面传热系数 J /㎡·s ·K Nu －螺旋管外表面努塞尔数λ－螺旋管外流体导热系数 W/m ·K l －螺旋管外径 m努塞尔数 25.023w w Pr t g l 525.0Nu ⎪⎪⎭⎫⎝⎛⋅∆=να（2.5.3） 其中ρ－螺旋管外流体密度 kg/m 3 α－螺旋管外流体膨胀系数 K -1 g －重力加速度 kg/sΔt －流体和管壁间的温度差 K Pr －流体的普朗特数 C p ·ρ·ν/λ Cp －流体的比热 J/kg·K ν－流体运动黏度 ㎡/s。