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=GCΔT=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、20m Re 30349、01 Re 35971、22
湍流范围:Re=10^4~1、2*10^5 物性参数: 40℃饱与水参数。 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
0.4f8.0ffPr023Re.0*2.1Nu＝1、2*0、023*21244、310、84、310、4=143、4 (d1)
0.4f8.0ffPr023Re.0*2.1Nu＝1、2*0、023*30349、010、84、310、4=190、7 (d2)
管内对流换热系数为
lNuhffi=143、4*0、635/0、014=6503、39 (d1)
lNuhffi=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/tdgGr
=9、8*3、86*10^-4*10*、0163/(0、659*10^-6)2=356781、6 (d1)
23/tdgGr
=9、8*3、86*10^-4*10*、0223/(0、659*10^-6)2=927492、9(d2)
其中g=9、8 N/kg 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) 盘管换热器相关计算 25.023
wwPrtgl525.0Nu
=0、525(356781、6*4、31)0、25=18、48755 (d1)
25.023
wwPrtgl525.0Nu
=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
dNum
=18、48755*0、635/0、014=838、5422 (d1)
dNum
=23、47504*0、635/0、014=677、5749 (d2)
其中为0、635w/(m、 ℃) 、传热系数U
oih1h1U
1=1/6503、39+1/838、5422+1/393=0、003891
U=257、0138 (d1)
oih1h1U
1=1/6055、63+1/677、5749+1/393=0、004186
U=238、9191 (d2) hi－螺旋换热器内表面传热系数 J/㎡·s·℃ ho－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℃ ko－分别为管外垢层热阻的倒数(当无垢层热阻时ko为1) J/㎡·s·℃ 自来水 ko=0、0002㎡℃/W
换热器铜管长度 dql70=3500/10/257、0138/3、14/0、014=27、1 (d1) A=1、53
dql70=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℃,
hxhxCLRcINAUAUF
1AA=9、5㎡
盘管换热器相关计算 式中 INA—间接系统集热器总面积,㎡
LRUF—集热器总热损系数,W/(㎡·℃)
对平板集热器,LRUF宜取4～６W/(㎡·℃) 对真空管集热器,LRUF宜取１～２W/(㎡·℃)取1 hxU—环热器传热系数,W/(㎡·℃)
hxA—换热器换热面积,㎡
cA—直接系统集热器总面积,㎡ )1(Jf)tt(CQALcdTiendwwc
wQ—日均用水量,kg
wC—水的定压比热容,kJ/(kg·℃)
endt—出水箱内水的设计温度,℃
it—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1
TJ—当地集热采光面上的年平均日太阳辐照量kJ/㎡
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—出水箱与管路的热损失率;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 盘管换热器相关计算 三、换热器计算 1、传热面积
TUQA (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)
c1h2c2h1c1h2c2h1TTTTln)TT()T(TT
(2、2、1) 其中 Tc—冷流体温度 ℃ Th—热流体温度 ℃ 下标1为入口温度,下标2为出口温度
当c1h2c2h1TTTT≤2时,可用算数平均值计算,即
2)TT()T(Tc1h2c2h1 (2、2、2) 3、传热系数U
)AA(k11)k1h1()AA(h1U1ioioooioi
(2、3、1) hi－螺旋换热器内表面传热系数 J/㎡·s·℃ ho－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·℃ ki,ko－分别为管内外垢层热阻的倒数(当无垢层热阻时ki,ko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 lNuhffi 盘管换热器相关计算 (2、4、1) 其中 hi—管内表面传热系数 J/㎡·h·℃
fNu—努塞尔数
f—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:Ref＝104～1、2×105,Prf＝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:
nf8.0ffPr023Re.0Nu
(2、4、2) 加热流体时n＝0、4,冷却流体时n＝0、3 Ref－雷诺数 u·l/ν u－流体流速 m/s l－管径 m ν－流体运动黏度 ㎡/s Prf－普朗特数 Cp·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cr。推荐:
对于气体 Rd1.771cr
对于液体 3Rd10.31cr 以上内容仅适用于Pr>0、6的气体或液体,d就是螺旋管的内经,R就是螺旋圈的半径 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 14.0
wf3/1ffd/l
Re86.1Nu
(2、4、3) 此式的定性温度为流体平均温度tf(但w按壁温计算),特长长度为管径。实验验证范围:
Ref＝104～1、2×105,Prf＝0、48～16700,wf＝0、0044～9、75,14.0wf3/1fd/lRe≥2 5、螺旋管外表面传热系数(自然对流换热情况) 格拉晓夫数 23TglGr