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1、精品文档一、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qq=GC A 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：定性温度40 C定性温度50 C管径0.014mRe 21244.31Re 25179.86管径0.20mRe 30349.01Re 35971.22湍流范围：Re=10A41.2*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 *10A-6 普朗特数一4.31 导热系数63.5*好2 w/(m.C)求
2、解过程：盘管内平均水温 40 C为定性温度时换热铜管的外彳空,分别取 d1=0.014md2=0.02m努谢尔特准则为Nuf1.2* 0.023Ref 0.8Prf0.4 = 1.2*0.023*21244.31 0.84.310.4=143.4(di)NUf1.2* 0.023Ref0.8Prf0.4 = 1.2*0.023*30349.01 0.84.310.4=190.7(d2)管内对流换热系数为, Nu f f(d1)h ifL =143.4*0.635/0.014=6503.39Nu f f，、hi =190.7*0.635/0.02=6055.63(d2)管外对流换热系数格拉晓夫数
3、准则为(At=10)Grgtd3/2 =9.8*3.86*10A-4*10*.0163/(0.659*10A-6) 2=356781.6(d1)323_2Grgtd/=9.8*3.86*10A-4*10*.0223/(0.659*10A-6) 2=927492.9(d2)其中 g=9.8 N/kg为水的膨胀系数为 386*10A-61/K精品文档自然对流换热均为层流换热(层流范围：Gr=10A45.76*10A8 ),0.25l w g tNuw 0.525 2- Pr =0.525(356781.6*4.31) 0.25=18.48755 (di),0.25Nuw 0.525 lw 2gt
4、Pr =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NUm一 二18.48755*0.635/0.014=838.5422d(di)NUm=23.47504*0.635/0.014=677.5749d(d2)其中 为 0.635w/(m. C).传热系数U111一一一一二1/6503.39+1/838.5422+1/393=0.003891UhihoU=257.0138(d1)111=1/6055.63+1/677.5749+1/393=0.004186UhihoU= 238.9191(d2)hi 螺旋换热器内表面传热系
5、数J/ rn2 s ho 螺旋换热器外表面传热系数J/ m2 s A螺旋换热器管壁厚m 曲1m入一管材的导热系数J/m s ：C狂393W/m Ck。一分别为管外垢层热阻的倒数（当无垢层热阻时k。为1） J/s ：C自来水m2 /Wko=0.0002换热器铜管长度lq-=3500/10/257.0138/3.14/0.014=27.1(d1)70 dA=1.53, q，、l-=3500/10/238.9191/3.14/0.022=21.2(d2)70 dA=1.65、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/itf以上，温升30 C,A
6、 inFrUl AcUhx Ahx= 9.5 m2式中A in 间接系统集热器总面积，m2Fr U l 一集热器总热损系数，W/ (Itf C)对平板集热器，FrUl宜取46 W/ (itf C)对真空管集热器，FrUl宜取12 W/(itfC) 取1U hx 一环热器传热系数，W/ (itf C)Ahx一换热器换热面积，m2Ac一直接系统集热器总面积,w C w ( t end t iJT cd (1 L )Qw日均用水量，kgCw 一水的定压比热容，kJ/ (kg C)tend一出水箱内水的设计温度，ti一水的初始温度，Cf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
7、素综合考 虑后确定，宜为 30%- 80%取1Jt当地集热采光面上的年平均日太阳辐照量kJ/ Itfcd 一集热器的年平均集热效率；根均经验值宜为0.250.5 取0.6L 一出水箱和管路的热损失率；根据经验取值宜为0.200.30 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m2J/sJ/ m2 s (2.1.1)A一传热面积Q一传热量U一传热系数AT 平均温度差C2 .平均温度差(考虑逆流情况)(Th1Tc2) (Th2Tc1),Th1Tc2lnTh2Td(221)其中
8、Tc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Th1 Tc2w2时,可用算数平均值计算，即Th2 Td(Th1 Tc2)(Th2Tc1)(222)3.传热系数AoK(hoko)ki(2.3.1)hi 螺旋换热器内表面传热系数 ho -螺旋换热器外表面传热系数A螺旋换热器管壁厚m入一管材的导热系数J/m s ki,ko分别为管内外垢层热阻的倒数J/ m2J/ m2s ：Cs (当无垢层热阻时ki,ko 均为 1) J/邛一为肋面总效率(如果外表面为肋化，则 叩=1)A 一 -为换热管的外表面积与内表面积之比;Ai4 .螺旋管内表面传热系数NUf f hi l(2.4.(1)
9、 其中hi 管内表面传热系数J/ rn2 h NUf 努塞尔数f 一流体导热系数 W/m K换热器设计流量为：4L/min14L/min ,管内为湍流时实验关联式验证范围：Ref= 1041.2X 105,Prf = 0.1120, l/d >60;管内径d为特征长度。采用迪图斯-贝尔特公式：NUf0.023RefO.8Prfn(2.4.(2)加热流体时n=0.4,冷却流体时n=0.3Ref雷诺数u l/ yu 一流体流速m/sl管径my 流体运动黏度/sPrf 普朗特数Cp /心Va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
10、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Cro推荐：d对于气体cr 1 1.77 dRd 3对于披体cr 1 10.3 R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，0.14f推荐采用齐德-泰特公式来计算长为l的管道平均Nu数1/3Nu f 1.86 l/d(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:1/30.14Ref=10Jl.2X105,Prf = 0.4816700,，= 0.00449.75,Ref->2wl / d w5 .螺旋管外表面传热系数(自然对流换热情况)格拉晓夫数Grgl3 T2(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/ m2 sKNu -螺旋管外表面努塞尔数入螺旋管外流体导热系数W/m Kl螺旋管外径m20.253l w g t _Nuw 0.525 2 Pr努塞尔数(2.5.(3)其中p螺旋管外流体密度kg/m3«-螺旋管外流体膨胀系数K-1g 一重力加速度kg/sAt流体和管壁间的温度差KPr流体的普朗特数Cp p/入yCp 流体的比热J/kg K丫一流体运动黏度itf/s