盘管换热器相关计算

、铜盘管换热器相关计算
条件：600kg水6小时升温30 C 单位时间内换热器的放热量为q
q=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：
湍流范围：Re=10A4~1.2*10A5
物性参数：
40 C饱和水参数。

黏度一653.3*10A-6 运动黏度一0.659 *10八-6 普朗特数一4.31 导热系数—63.5*1QA2 w/(m. C)
求解过程：
盘管内平均水温 40 C为定性温度时
换热铜管的外径，分别取 d1=0.014m d2=0.02m
努谢尔特准则为
NU f ^1.2* 0.023Re f0.8Pr f0.4 = 1.2*0.023*21244.31 0.84.310.4=143.4 (d1)
NU f ^1.2* 0.023Re f0.8Pr f0.4 = 1.2*0.023*30349.01 0.84.310.4=190.7 (d2) 管内对流换热系数为
, Nu f%
h j f__L=143.4*0.635/0.014=6503.39 (d1)
l
u Nu f 如
h j f--- =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(A t=10)
Gr n g：：td3/ 2 =9.8*3.86*10A-4*10*.016 3/(0.659*10A-6) 2=356781.6 (d1)
Gr ：td3/ 2 =9.8*3.86*10A-4*10*.022 其中 g=9.8 N/kg
:为水的膨胀系数为 386*10A-6 1/K 3 2
/(0.659*10A-6) =927492.9 (d2)
A=1.65
自然对流换热均为层流换热 Nu w =0.525
Nu w = 0.525
其中Pr 普朗特数为4.31 对流换热系数为
（层流范
围:
0.25
Pr
0.25
Pr J
Gr=10A 4~5.76*10A
8 )
0 25
=0.525(356781.6*4.31) ' =18.48755 =0.525(927492.9*4.31) °.25
=23.47504
=18.48755*0.635/0.014=838.5422 =23.47504*0.635/0.014=677.5749 (di)
(d2)
(d1)
(d2)
其中■为 0.635w/(m. C )
.传热系数U
1 1 1
6
-- = --- + ---
-=1/6503.39+1/838.5422+1/393=0.003891
U h i h o
U=257.0138
(d1)
1 1 1
d
- + -=1/6055.63+1/677.5749+1/393=0.004186
U h i h o
扎
h i —螺旋换热器内表面传热系数 J/ m 2
s -°C h o —螺旋换热器外表面传热系数 J/ m 2
s C
8—螺旋换热器管壁厚
m
3=1m
入—管材的导热系数 J/m s C Q393W/m C 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/ m s C 自来水
me /W
k o =0.0002
换热器铜管长度
l
q
=3500/10/257.0138/3.14/0.014=27.1
70：「：d
(d1)
A=1.53
70：二d
=3500/10/238.9191/3.14/0.022=21.2
(d2)
U= 238.9191
(d2)
、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/怦以上，温升30C,
A2 卜^^ [=9.5” 式中
A IN —间接系统集热器总面积，怦
F R U L —集热器总热损系数， W/ （m「C）
对平板集热器，F R U L宜取4〜6 W/（m「C）
对真空管集热器，F R U L宜取1〜2 W/（m「c）取1
U hx —环热器传热系数，W/（m「c）
A hx —换热器换热面积，m
A c—直接系统集热器总面积，m 人。

二Qw C w（ten d
J T cd（1 - L）
Q w —日均用水量，kg
C w —水的定压比热容，kJ/ （kg •C）
t end —出水箱内水的设计温度，C
t i —水的初始温度，c
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1
J T—当地集热采光面上的年平均日太阳辐照量kJ/ m
cd —集热器的年平均集热效率；根均经验值宜为0.25 〜0.5 取 0.6
L —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 C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
△T —平均温度差C
2•平均温度差(考虑逆流情况)
(T
h1
T
c2
) - (T h2 T c1)
Q
r\ ——
U.：
m2
J/s
J/ m s C
(2.1.1)
A —传热面积
Q—传热量
U—传热系数
In
T
h1 -T C2
T
h2 - T c1
(221)
其中
T c—冷流体温度C
T 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 ~Tc2三2时，可用算数平均值计算，即
(2.2.2)
3•传热系数U
1 1 A o 1 1 1 、 1 A °
(o) ( ) (「)
U h i A i h°k°°■ k i A i
(2.3.1)
h i —螺旋换热器内表面传热系数J m2s C
h° —螺旋换热器外表面传热系数J m2s C
3-螺旋换热器管壁厚m
入一管材的导热系数J/m s C
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)
4•螺旋管内表面传热系数
Nu f
- ■ f
(2.4.1) 其中
h i —管内表面传热系数
Nu f —努塞尔数
■f —流体导热系数 W/mK
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
〜1.2X 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：
0.8 n
Nu f = 0.023Re f Pr v
(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 • I/ v u-流体流速 m/s
1—管径
m
v -流体运动黏度 m 2
/s Pr f -
普朗特数 Cp • /|A= V 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：
pl
对于气体
c^1 1.77-
R
广-"3
对于液体
cr =1+10.3 2丨
iR 丿
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
I 的管道平均Nu 数
(2.4.3)
A i
-为换热管的外表面积与内表面积之比;
此式的定性温度为流体平均温度 t f (但w按壁温计算)，特长长度为管径。

实验验证范围:
4 5
n f
Re f= 104〜1.2X 10 ,Pr f = 0.48 〜16700，—L = 0.0044〜9.75,
n
w
5.螺旋管外表面传热系数(自然对流换热情况)
格拉晓夫数
(2.5.1)
螺旋管外表面传热系数
(2.5.2)
其中
h —螺旋管外表面传热系数J/ m2s K
Nu -螺旋管外表面努塞尔数
入-螺旋管外流体导热系数W/mK
I—螺旋管外径m
努塞尔数
(2.5.3)
其中
p—螺旋管外流体密度kg/m3
a—螺旋管外流体膨胀系数K-1
g —重力加速度 kg/s
△t—流体和管壁间的温度差K Pr—流体的普朗特数Cp • p/X v Cp —流体的比热J/kg K v—流体运动黏度m2/s Nu w=0.525
Nu
Pr
0.25。