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1、一、銅盤管換熱器相關(guān)計算
條件:600kg水 6小時升溫30℃單位時間內(nèi)換熱器的放熱量為q
q=GCΔT=600*4.2*10^3*30/(6*3600)= 3500 w
盤管內(nèi)流速1m/s,管內(nèi)徑為0.007m,0.01m,
盤管內(nèi)水換熱情況:
定性溫度40℃
定性溫度50℃
管徑0.014m
Re 21244.31
Re 25179.86
管徑0.20m
Re 30349.01
Re 35971.22
湍流范圍:Re=10^4~1.2*10^5
物性參數(shù):
40℃飽和水參數(shù)。
黏度—653.3*10^-6 運動黏度—0.659 *1
2、0^-6 普朗特數(shù)—4.31 導(dǎo)熱系數(shù)—63.5*10^2 w/(m. ℃)
求解過程:
盤管內(nèi)平均水溫40℃為定性溫度時
換熱銅管的外徑,分別取d1=0.014m d2=0.02m
努謝爾特準(zhǔn)則為
=1.2*0.023*21244.310.84.310.4=143.4 (d1)
=1.2*0.023*30349.010.84.310.4=190.7 (d2)
管內(nèi)對流換熱系數(shù)為
=143.4*0.635/0.014=6503.39 (d1)
=190.7*0.635/0.02=6055.63
3、 (d2)
管外對流換熱系數(shù)
格拉曉夫數(shù)準(zhǔn)則為(Δt=10)
=9.8*3.86*10^-4*10*.0163/(0.659*10^-6)2=356781.6 (d1)
=9.8*3.86*10^-4*10*.0223/(0.659*10^-6)2=927492.9(d2)
其中g(shù)=9.8 N/kg
為水的膨脹系數(shù)為386*10^-6 1/K
自然對流換熱均為層流換熱(層流范圍:Gr=10^4~5.76*10^8)
=0.525(356781.6*4.31)0.25=18.48755 (d1)
=0.525(927492.9*4.31)0.25=23
4、.47504 (d2)
其中Pr普朗特數(shù)為4.31
對流換熱系數(shù)為
=18.48755*0.635/0.014=838.5422 (d1)
=23.47504*0.635/0.014=677.5749 (d2)
其中為0.635w/(m. ℃)
.傳熱系數(shù)U
=1/6503.39+1/838.5422+1/393=0.003891
U=257.0138 (d1)
5、
=1/6055.63+1/677.5749+1/393=0.004186
U=238.9191 (d2)
hi-螺旋換熱器內(nèi)表面?zhèn)鳠嵯禂?shù) J/㎡s℃
ho-螺旋換熱器外表面?zhèn)鳠嵯禂?shù) J/㎡s℃
δ-螺旋換熱器管壁厚 m δ=1m
λ-管材的導(dǎo)熱系數(shù) J/ms℃ λ=393W/m℃
ko-分別為管外垢層熱阻的倒數(shù)(當(dāng)無垢層熱阻時ko為1) J/㎡s
6、℃ 自來水 ko=0.0002㎡℃/W
換熱器銅管長度 =3500/10/257.0138/3.14/0.014=27.1 (d1)
A=1.53
=3500/10/238.9191/3.14/0.022=21.2 (d2)
A=1.65
二、集熱面積的相關(guān)計算(間接系統(tǒng))
條件:加熱600kg水,初始水溫10℃,集熱平面太陽輻照量17MJ/㎡以上,溫升30℃,
=9.5㎡
式中
—間接系統(tǒng)集熱器總面積,㎡
—集熱器總熱損系數(shù),W/(㎡℃)
對平板集熱器,宜取4~6W/(㎡℃)
對真空管集
7、熱器,宜?。薄瞁/(㎡℃)取1
—環(huán)熱器傳熱系數(shù),W/(㎡℃)
—換熱器換熱面積,㎡
—直接系統(tǒng)集熱器總面積,㎡
—日均用水量,kg
—水的定壓比熱容,kJ/(kg℃)
—出水箱內(nèi)水的設(shè)計溫度,℃
—水的初始溫度,℃
—太陽保證率,%;根據(jù)系統(tǒng)的使用期內(nèi)的太陽輻照、系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)以用戶要求等因素綜合考慮后確定,宜為30%~80% 取1
—當(dāng)?shù)丶療岵晒饷嫔系哪昶骄仗栞椪樟縦J/㎡
—集熱器的年平均集熱效率;根均經(jīng)驗值宜為0.25~0.5 取0.6
—出水箱和管路的熱損失率;根據(jù)經(jīng)驗取值宜為0.20~0.30 取0.2
結(jié)論:
1) 換熱器入口流速在1 m/s
8、 左右
2) 保證換熱器內(nèi)的平均溫度在40℃左右
3) 換熱器的入口壓力不低于0.2 5MPa
三、換熱器計算
1.傳熱面積
(2.1.1)
A— 傳熱面積 ㎡
Q—傳熱量 J/s
U—傳熱系數(shù) J/㎡s℃
ΔT-平均溫度差 ℃
2.平均溫度差(考慮逆流情況)
(2.2.1)
其中
Tc—冷流體溫度 ℃
Th—熱流體溫度 ℃
下標(biāo)1為入口溫度,下標(biāo)2為出口溫度
當(dāng)≤2時,可
9、用算數(shù)平均值計算,即
(2.2.2)
3.傳熱系數(shù)U
(2.3.1)
hi-螺旋換熱器內(nèi)表面?zhèn)鳠嵯禂?shù) J/㎡s℃
ho-螺旋換熱器外表面?zhèn)鳠嵯禂?shù) J/㎡s℃
δ-螺旋換熱器管壁厚 m
λ-管材的導(dǎo)熱系數(shù) J/ms℃
ki,ko-分別為管內(nèi)外垢層熱阻的倒數(shù)(當(dāng)無垢層熱阻時ki,ko均為1) J/㎡s℃
ηo-為肋面總效率(如果外表面為肋化,則ηo=1)
-為換熱管的外表面積與內(nèi)表面積之比;
4.螺旋管內(nèi)表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)
10、 (2.4.1)
其中
hi—管內(nèi)表面?zhèn)鳠嵯禂?shù) J/㎡h℃
—努塞爾數(shù)
—流體導(dǎo)熱系數(shù) W/mK
換熱器設(shè)計流量為:4L/min~14L/min,
管內(nèi)為湍流時
實驗關(guān)聯(lián)式驗證范圍:Ref=104~1.2105,Prf=0.1~120,l/d≥60; 管內(nèi)徑d為特征長度。
采用迪圖斯-貝爾特公式:
(2.4.2)
加熱流體時n=0.4,冷卻流體時n=0.3
Ref-雷諾數(shù) u
11、l/ν
u-流體流速 m/s
l-管徑 m
ν-流體運動黏度 ㎡/s
Prf-普朗特數(shù) Cpμ/λ=ν/a
螺旋管內(nèi)流體在向前運動過程中連續(xù)的改變方向,因此會在橫截面上引起二次環(huán)流而強化換熱。流體在螺旋管內(nèi)的對流換熱的計算工程上一般算出平均Nu數(shù)后再乘以一個螺旋管修正系數(shù)cr。推薦:
對于氣體
對于液體
以上內(nèi)容僅適用于Pr>0.6的氣體或液體,d是螺旋管的內(nèi)經(jīng),R是螺旋圈的半徑
管內(nèi)層流時,
推薦采用齊德-泰特公式來計算長為l的管道平均Nu數(shù)
12、 (2.4.3)
此式的定性溫度為流體平均溫度tf(但按壁溫計算),特長長度為管徑。實驗驗證范圍:
Ref=104~1.2105,Prf=0.48~16700,=0.0044~9.75,≥2
5.螺旋管外表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)(自然對流換熱情況)
格拉曉夫數(shù) (2.5.1)
螺旋管外表面?zhèn)鳠嵯禂?shù) (2.5.2)
其中
h-螺旋管外表面?zhèn)鳠嵯禂?shù) J/㎡sK
Nu-螺旋管外表面努塞爾數(shù)
λ-螺旋管外流體導(dǎo)熱系數(shù) W/mK
l-螺旋管外徑 m
努塞爾數(shù) (2.5.3)
其中
ρ-螺旋管外流體密度 kg/m3
α-螺旋管外流體膨脹系數(shù) K-1
g-重力加速度 kg/s
Δt-流體和管壁間的溫度差 K
Pr-流體的普朗特數(shù) Cpρν/λ
Cp-流體的比熱 J/kgK
ν-流體運動黏度 ㎡/s