螺旋盘管换热器的设计
盘管换热器相关计算
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 ， 盘管内水换热情况：定性温度40℃ 定性温度50℃ 管径0.014m Re 21244.31 Re 25179.86 管径0.20mRe 30349.01Re 35971.22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0.4f8.0ff 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=1mλ－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 CL R c IN AU 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/㎡η—集热器的年平均集热效率；根均经验值宜为0.25～0.5 取0.6 cdη—出水箱和管路的热损失率；根据经验取值宜为0.20～0.30 取L0.2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/sU —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 mλ－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。
螺旋管式换热器工作原理
螺旋管式换热器工作原理
螺旋管式换热器是一种高效的换热设备，它主要由外壳、螺旋管和进出口管组成。
其
工作原理是利用螺旋管内外两个介质进行换热，使得热量从一个介质向另一个介质传递。
换热器内的螺旋管是由两个同心的圆柱面环绕而成，内外圆柱面的螺旋线以一定的角
度交错排列，形成一个相互错切的螺旋通道。
当两个介质分别进入螺旋管的内部和外部通
道时，它们就开始进行热量的传递。
热量传递的过程可以分为两种方式：一种是在螺旋通道内进行的强制对流传热，即介
质在经过螺旋通道时，受到外力的作用必须流过一定的转角和弯曲，因此会产生强烈的对流，使得热量可以快速传递。
另一种是在螺旋通道内进行的自然对流传热，即介质在进入
螺旋通道后，受到流动阻力的作用会形成旋涡和涡流，热量也会随之传递。
在工作过程中，由于两个介质的流速不同，会产生通道内的横向贯流，这种贯流可以
提高交换效率。
此外，螺旋管式换热器还可以根据不同的介质流量和温度来调整进出口位
置和角度，以达到最佳的热量传递效果。
总体来说，螺旋管式换热器的工作原理是利用螺旋管内外两个介质之间的对流和换热，在保持流动的同时实现热量传递，从而实现对介质的加热或降温。
其优点是热效率高，换
热效果好，且使用方便，非常适用于化工、制药、食品等各行业中的热量传递与处理。
螺旋板式换热器
目录
• 螺旋板式换热器概述 • 螺旋板式换热器性能特点 • 螺旋板式换热器应用领域 • 螺旋板式换热器设计选型 • 螺旋板式换热器运行维护与保养 • 螺旋板式换热器发展趋势与展望
01 螺旋板式换热器概述
定义与的换热设备，由两张平行的金 属板卷制而成，形成两个均匀的 螺旋通道。
未来发展趋势预测
个性化定制
随着市场需求多样化，螺旋板式换热器将向个性 化定制方向发展。
绿色环保
环保意识的提高将推动螺旋板式换热器向更加环 保的方向发展。
智能化和网络化
随着工业4.0的推进和物联网技术的应用，螺旋板 式换热器将实现智能化和网络化运行。
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螺旋板式设计使得设备具有较高的承压能力，可适应较高的工
03
作压力和温度。
操作弹性大、适用范围广
螺旋板式换热器可处 理多种流体介质，包 括液体、气体以及蒸 汽等。
设备处理量可根据需 求进行调整，操作弹 性大。
操作温度范围宽，可 满足不同工艺要求。
易于维护和管理
设备结构简单，维护方便。
螺旋板式换热器具有较长的使用寿命和稳定的性 能，降低了维护成本。 设备运行过程中噪音低，对环境影响小。
02
原理：两种不同温度的流体在螺 旋通道内以逆流或顺流方式进行 热量交换，达到加热或冷却的目 的。
结构组成
螺旋体
由金属板材卷制而成的 螺旋通道，是热量交换
的主要场所。
端盖
密封装置
支承结构
位于螺旋体两端，用于 连接流体进出口管道。
确保流体在螺旋通道内 不泄漏，保证换热效率。
用于支撑螺旋体，保证 其稳定性和安全性。
盘管换热器的简捷优化设计法
盘管换热器的简捷优化设计法
Murty,KN
【期刊名称】《化工设计通讯》
【年(卷),期】1992(018)001
【摘要】螺旋形盘管换热器用来加热或冷却液体,如图1所示的装置。
该装置管内的流动型态按层流设计。
装置是简单的,但盘管最佳尺寸的计算却是复杂的。
然而,运用下面推导出的列线图,就可以避免复杂的计算。
对于盘管内的层流而言,摩擦系数为:
【总页数】2页(P69,68)
【作者】Murty,KN
【作者单位】无
【正文语种】中文
【中图分类】TQ051.5
【相关文献】
1.浅析浮动盘管换热器和U型管换热器在建筑热水中的应用 [J], 宋晓亭
2.风机盘管换热器遗传算法优化设计 [J], 李宁;崔增光;张信荣
3.干盘管换热器与湿盘管换热器热工性能试验研究 [J], 曹阳;刘刚
4.关于《干盘管换热器与湿盘管换热器热工性能试验研究》的几点疑问 [J], 周岸勋
5.浮动盘管换热器和U型管换热器在建筑热水中的应用 [J], 宋晓亭
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螺旋缠绕管式换热器
济宁宁鲁工程技术有限公司螺旋缠绕管式换热器研发背景:换热器是将热流体的部分热量传递给冷流体的设备，又称热交换器。
由于常规的管壳式换热器的换热管设计都是采用直管或者是U型管。
所以困扰着设计工程师的一个问题是，采用什么样的方法可以让换热管变长，单位体积的换热面积加大，逆流换热而导致热传导由于结构的原因从根本上维持在一个理想的状态，同时换热设备本身体积要缩小，安全性能要更强。
为此宁鲁工程螺旋式换热管束缠绕技术的研发成功并日趋完善从根本上解决了这个问题，公司利用这一技术成功研发了螺旋缠绕管式换热器。
产品特点:1.结构特点:(1)任意一层相邻两换热管之间的净距相同。
(2)任意相邻两层换热管之间的净距相同(3)每一层换热管的根数由内层至外层的顺序递增，关键在于递增的结果应保证任意一层上、任意两相邻换热管之间的间距相同。
(4)同一层上的螺旋状换热管的螺旋角应相同。
(5)任意相邻两层螺旋换热管的螺旋角应互为相反数。
2.换热特点:(1)由于介质在螺旋流动的过程中将产生二次环流，故壳内及换热管内喘流度高，流束内外部热交换充分，所以热交换能力强。
(2)由于相邻两层螺旋管的螺旋角为相反数，故可以大大的增强壳体内相邻两流层的喘流度，增强热交换能力。
(3)由于换热管是螺旋状缠绕的，因此换热管的长度将远远大于换热器的长度，所以极大地增大了换热面积。
(4)因为螺旋管道的长度远远大于换热器的长度，故在介质流速为定值的情况下，将大大的延长换热的时间，从而达到提高换热效率的目的。
(5)根据缠绕管式换热器的布局特点不难发现壳体内任一空隙位置的换热环境均相同（壳体内任一空隙位置的大小相同），故可以在已知的情况下进行多股流的热交换。
产品优势:螺旋缠绕管式换热器具有换热效率高、能耗少、运行费用省、结垢倾向低、占用空间小，喘流度高，换热效率高，结构紧凑、空间利用效率高，无换热死区等诸多性能优势。
螺旋缠绕管式换热器换热能力是传统换热器的4-8倍，换热系数最高可达15000W/㎡℃，同等换热量、相同的工况下，体积约为传统换热器的1/10，可为您节省宝贵的土地、空间资源。
螺旋缠绕管壳换热器在换热机组中的设计和应用
螺旋缠绕管壳换热器在换热机组中的设计和应用作者：杨克素来源：《西部论丛》2017年第07期摘要：螺旋缠绕管式换热器又称螺纹管缠绕式换热器、螺旋螺纹管换热器，是一种新型高传热系数的换热器，主要适用于介质为汽液的换热。
螺旋缠绕管壳换热器体积小、节能效果明显，故障率低，维护保养工作量少，机组在运行期间可以采用巡检的方式，采用无人值守的方式进行运行；同时在故障时可以采用短信通知的模式及时通知维修人员进行故障的排除，降低人工成本。
基于此，本文主要对螺旋缠绕管壳换热器在换热机组中的设计和应用进行分析探讨。
关键词：螺旋缠绕管壳换热器；换热机组；设计；应用1、前言我国幅员辽阔、人口众多，城镇供暖虽然经过多年的快速发展，但是集中供热覆盖率仍处于较低水平。
目前仅在北方各省的主要城镇建有集中供热系统，且平均覆盖率不到50%；未来随着房地产业的蓬勃发展，城镇化率的提高，区域小锅炉的拆除和旧城区的管网建设改造等均为集中供热市场创造了巨大而持续的需求，居民采暖的热力消费随着经济收入的增加增速在不断增长，集中供热面积的快速增加给螺旋缠绕管壳换热器提供了广阔的应用市场。
2、螺旋管缠绕式换热器的换热机理螺旋缠绕管内的流体在弯曲通道内受到离心力的作用在流道的横截面上形成二次流。
螺旋管的几何形状产生的离心力在流动截面上形成一对对称的漩涡，与主流叠加流体在螺旋管内形成螺旋运动，从而大大增加了换热效果，同时，二次流的冲刷使污垢不易沉淀。
螺旋缠绕管式换热器的壳侧螺旋缠绕管缠绕方向逐层相反，缠绕角与纵向间距设计制造均匀，且管长相同。
因此，随着螺旋缠绕管缠绕直径的增加，各层螺旋缠绕管的数量也相应增加。
这些螺旋缠绕管组成管芯，在壳侧所形成的流道随圆周方向位置的不同而变化，相邻两个盘管呈直列、错列的变化，则流道构成变成为由螺旋缠绕管布置为直列、错列组合排列时的管外流动。
3、螺旋管缠绕式换热器的特点（1）成套设备，安装简易，体积小，（2）可直接利用高压蒸汽换热，无需二次减压；（3）无需密封垫，永不泄漏。
盘管换热器相关计算
一、铜盘管换热器相关计算条件：600kg 水 6小时升温30℃ 单位时间换热器的放热量为q q=GC ΔT=600*4.2*10^3*30/(6*3600)= 3500w 盘管流速1m/s ，管径为0.007m ，0.01m ，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 努尔特准那么为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那么为〔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 －螺旋换热器外表传热系数 J/㎡·s ·℃ h o －螺旋换热器外外表传热系数 J/㎡·s ·℃ δ－螺旋换热器管壁厚 m δ=1mλ－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 CL R c IN AU 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；根均经历值宜为0.25～0.5取0.6L η—出水箱和管路的热损失率；根据经历取值宜为0.20～0.30取0.2结论：1） 换热器入口流速在1m/s 左右2） 保证换热器的平均温度在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/sU —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 －螺旋换热器外表传热系数 J/㎡·s ·℃h o －螺旋换热器外外表传热系数 J/㎡·s ·℃ δ－螺旋换热器管壁厚 mλ－管材的导热系数 J/m ·s ·℃k i ,k o －分别为管外垢层热阻的倒数〔当无垢层热阻时k i ,k o 均为1〕 J/㎡·s ·℃ ηo －为肋面总效率〔如果外外表为肋化，那么ηo ＝1〕ioA A －为换热管的外外表积与外表积之比； 4.螺旋管外表传热系数lNu h ff i λ⋅=〔2.4.1〕 其中h i —管外表传热系数 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 ，管为湍流时实验关联式验证围：Re f ＝104～1.2×105,Pr f ＝0.1～120，l/d ≥60; 管径d 为特征长度。
盘管换热器相关计算
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 ，盘管内水换热情况：定性温度40℃定性温度50℃管径0.014m Re 21244.31Re 25179.86管径0.20mRe 30349.01Re 35971.22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＝1.2*0.023*21244.310.84.310.4=143.4 （d1）0.4f 8.0f f Pr 023Re .0*2.1Nu =＝1.2*0.023*30349.010.84.310.4=190.7（d2）0.4f8.0f f Pr 023Re .0*2.1Nu =管内对流换热系数为=143.4*0.635/0.014=6503.39 （d1）l Nu h ff i λ⋅==190.7*0.635/0.02=6055.63 （d2）lNu h ff i λ⋅=管外对流换热系数格拉晓夫数准则为（Δt=10）=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）23/υβtd g Gr ∆=其中g=9.8 N/kg为水的膨胀系数为386*10^-6 1/Kβ自然对流换热均为层流换热（层流范围：Gr=10^4~5.76*10^8）=0.525(356781.6*4.31)0.25=18.48755 （d1）25.023w w Pr t g l 525.0Nu ⎪⎪⎭⎫⎝⎛⋅∆=να=0.525(927492.9*4.31)0.25=23.47504 （d2）25.023w w Pr t g l 525.0Nu ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⋅∆=να其中Pr 普朗特数为4.31对流换热系数为=18.48755*0.635/0.014=838.5422 （d1）dNu m λα==23.47504*0.635/0.014=677.5749 （d2）dNu m λα=其中为0.635w/(m. ℃)λ.传热系数U=1/6503.39+1/838.5422+1/393=0.003891λδ++=o i h 1h 1U 1U=257.0138（d1）=1/6055.63+1/677.5749+1/393=0.004186λδ++=o i h 1h 1U 1 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=1mλ－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 =3500/10/257.0138/3.14/0.014=27.1 （d1）dq l απ70=A=1.53=3500/10/238.9191/3.14/0.022=21.2 （d2）dq l απ70=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℃，=9.5㎡ ⎪⎪⎭⎫⎝⎛⋅⋅+⋅=hx hx CL R c IN AU A U F 1A A 式中—间接系统集热器总面积，㎡IN A —集热器总热损系数，W/（㎡·℃）L R U F 对平板集热器，宜取4～６W/（㎡·℃）L R U F 对真空管集热器，宜取１～２W/（㎡·℃）取1L R U F —环热器传热系数，W/（㎡·℃）hx U —换热器换热面积，㎡hx A —直接系统集热器总面积，㎡ c A )1(J f )t t (C Q A L cd T i end w w c ηη--=—日均用水量，kgw Q —水的定压比热容，kJ/（kg·℃）w C —出水箱内水的设计温度，℃end t —水的初始温度，℃i t —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f 虑后确定，宜为30%～80% 取1—当地集热采光面上的年平均日太阳辐照量kJ/㎡T J —集热器的年平均集热效率；根均经验值宜为0.25～0.5 取0.6cd 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0.2L η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 QA ∆=(2.1.1)A—传热面积 ㎡Q—传热量 J/sU—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≤2时，可用算数平均值计算，即c1h2c2h1T T T T --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）－为换热管的外表面积与内表面积之比；ioA A4.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 ·℃—努塞尔数f Nu —流体导热系数 W/m ·Kf λ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。
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勺之碑,,硬己
之趁
螺旋盘管换热器的设计
飞。,
—
等
夺叮碑叮咬护浏专
在某些场合中螺旋盘管换热器提供的好处大于套管式换热器本文是在某些情
况下需
采用这种换热器时的简明的设计程序
套管式换热器通常多用于对介质有少量至中等加热的连续系统但有的情况下选用螺旋盘管换热器会更好一些如①由于空间受到限制不够放置直管换热器②介质处于层流状态或低流率使管壳式换热器传热系数低而变得不经济③一种流体的压降受到限制例如由于流
过其他的工艺设备而将螺旋盘管换热器中环
形区的流体速度定为其压降将是很低的一台螺旋盘管换热器是由一根金属管制
成的螺旋盘管安装在两个同心圆筒的环形区域内组成见图了两种流体分别在盘管内和环形区内琉动通过盘管管壁发生传热两个圆筒的尺寸由环形流道中流体的速度来决定这个速度应满足传热的需要图为一个螺旋盘管换热器的剖面示意图螺旋盘管换热器图在环形区筒壁和盘管之间的最小间隙和盘管相邻两圈之间的最小间隙应相等此时这两个间隙均取。相邻两圈盘管间的管心距由管子中心到相邻管子的中心测量取。假设流体的平均速度是均匀的则流体的
质量流速吼可根据螺旋盘管和圆筒壁之间的最小净空来计算
,尼叉,己,吸,宜,屁,民呢,吐,宜,屁叉,政,斌,宜,录,盆,宜,已,尼兄戈见,民,屁,窟叉,盆,砚,屁,口肥月,吸,屁,宜,宜,屁,已冤,豆巴电叉叉,吐见竺甩,宜叉戈,园,屁,民冤呢
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第二分篇—另一规程年版通用机械研究所等译【〕锅炉和受压容器规范—美国国家标准
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年版白济侯忠松等译
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厂一
一
图螺旋盘管换热器剖面示意图
设计程序
以下是设计丫台螺旋盘管换热器的简单程
序
确定传热系数计算盘管内和环形区的传热系数必需知道下列各参数
圈盘管所需的长度
寸二艺盘管所占的体积代
二二
舌
环形区的体积代二一乞硅在环形区内可供流体流动的空间歼
巧二一
代
盘形管的壳程当量直径。厂二
环形区的传热系数。可用下面两个公式
中的一个来计算
雷诺数在。。范围内推荐用式〕。从二
箭户
‘
一一
一
一
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一曰一川川,卜曰
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州
句
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一日诬曰目味占户工
一二一二一公‘止
即任扮
图凡。
用于管程传热的飞因数与雷诺数的关系曲线
一一雷诺数二大于。时用式〔‘’箭‘岁召月。。‘流体在盘管内流动的传热系数气用文献
〔〕中所叙述的常规方法计算基于盘管内径的
传热系数‘是用对于直管的方法得到的—
即用一关联式或用图所示的雷诺
数瓜与盯因数几的关系曲线图查得然后必须用〔十〕乘以‘进行修
正
而得到盘形管的传热系数从。再用下式得到基
于盘管外径的传热系数凡。‘人‘。总传热系数由下式给出,二。,。
确定所需的面积
传热所需面积由下式确定刁。考虑到流体为互相垂直交叉流动这一事
实必须对对数平均温差刁。进行修正这可用垂直交叉流动的标准校正系数来完成〔〕
确定盘管的圈数
由于二且用盘管需要的圈数来表示可用下式计算〔二丁
盘管所需的实际圈数是将圆
整为下
一个整数而得
实例实例的物理性质和其他数据液体液体盯质异流率盯入口温度℃出口温度℃热容量℃导热率厂℃粘度
产
密度
且盛
液体在一根不锈钢盘管内流动液
体在环形区流动流率进出口温度流体的物理性质列于表内此螺旋盘管换热器的几何形状如图图中
刀丑,
。
计算壳程传热系数
由式盘管所需长度为
寸二用式一在环形区内可供流体流动的空间巧为
巧〔二一
」
一〔二“〕
壳程当量直径为。二
只流体的质量流速二〔一
一一〕
全雷诺数
二二
用式可得。〔〕‘计算盘管内的传热系数从
。
流体流速“好,
式中二,
魂,
,
口二夕
故一
然后可得管内雷诺数二。
由图查得当二。时二由此,’刀冲℃修正为盘形管的传热系数则‘。〔〕
以盘管外径为基础的传热系数为
℃计算总传热系数盘管壁厚为
。一
二参考文献篇略
符号
污垢系数,及取决于流体的特性即流体中存在的悬浮物质操作温度流速等此处及。均取为“℃
不锈钢的导热
率
二℃
用式
℃确定所需面积对数平均温差为
—传热面积—流体在环形区的流动面积二〔一名一刀轰一乡,
〕
,—盘管的横截面积
二
—内筒外径
—外筒内径
,—流体热容量℃
—盘管内径—盘管的壳程当量直径刀一螺旋管的平均直径
二—螺旋管的内
径
。—螺旋管的外径
—盘管
外径
,—流体质量流速
普‘,一”一‘“一
、
,’〕
刁、一一一〕
〔一一〕
℃因为两种流体是垂直交叉流动校正系数取‘,
则
刀。℃
热负荷一
用式所需面积为月火计算盘管所需圈数用式二火
取二圈适应圈盘管所需的圆筒高度
—圆筒高度凡—直管内部以内径为基准的传热系数℃凡—盘形管内部以内径为基准的传热系数盘管由直管的‘修正而得℃从—盘管外侧传热系数
,℃
二—传热的因数
几,,’拼户,。”无因次—流体的导热率℃—盘管管壁的导热率
℃
—盘成圈所需的螺旋盘管长度—流体质量流率
—给定的工艺过程加热量所需的实际盘管圈数由圆整到下一个整数而得夕—普兰得数叮无因次