1、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 qq=GCT=600*4.2*103*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=1041.2*105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*102 w/(m. )求解过程：盘管内平
2、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*21244.31 0.84.310.4=143.4 （d1）0.4f8.f Pr23Re.0*1Nu1.2*0.023*30349.01 0.84.310.4=190.7 （d2）.f.f管内对流换热系数为=143.4*0.635/0.014=6503.39 （d1）lNuhfi=190.7*0.635/0.02=6055.63 （d2）lfi管外对流换热系数格拉晓夫数准则为（t=10）=9.8*3.86*10-4*10*.0163/(0.659*10-6)2=356781.6
3、 （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=1045.76*108）=0.525(356781.6*4.31)0.25=18.48755 （d1） 25.023wwPrtgl5.0Nu=0.525(927492.9*4.31)0.25=23.47504 （d2）25.023rtl.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） dNum
4、=23.47504*0.635/0.014=677.5749 （d2）其中 为 0.635w/(m. ).传热系数 U=1/6503.39+1/838.5422+1/393=0.003891oih1U=257.0138 （d1） =1/6055.63+1/677.5749+1/393=0.004186oih1UU=238.9191 （d2）hi螺旋换热器内表面传热系数 J/sho螺旋换热器外表面传热系数 J/s 螺旋换热器管壁厚 m =1m管材的导热系数 J/ms =393W/mko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
5、=3500/10/257.0138/3.14/0.014=27.1 （d1）dql70A=1.53=3500/10/238.9191/3.14/0.022=21.2 （d2）dql70A=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 hxCLRcINAUF1A式中间接系统集热器总面积，IN集热器总热损系数，W/（）LRUF对平板集热器， 宜取 4W/（）LRUF对真空管集热器， 宜取W/（）取 1环热器传热系数，W/（）hxU换热器换热面积，A直接系统集热器总面积， c )1(JftCQALcd
6、Tienwc日均用水量，kgwQ水的定压比热容，kJ/（kg）C出水箱内水的设计温度，endt水的初始温度，i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/TJ集热器的年平均集热效率；根均经验值宜为 0.250.5 取 0.6cd出水箱和管路的热损失率；根据经验取值宜为 0.200.30 取 0.2L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TUQA(2.1.1)A 传
7、热面积 Q传热量 J/sU传热系数 J/sT平均温度差 2.平均温度差（考虑逆流情况）c1h2cc1Tln)()(T（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 2 时，可用算数平均值计算，即c1h2)T()(Tc1hch1（2.2.2）3.传热系数 U)A(k1)k1h()A1ioiooii （2.3.1）hi螺旋换热器内表面传热系数 J/sho螺旋换热器外表面传热系数 J/s 螺旋换热器管壁厚 m管材的导热系数 J/mski,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/ so为肋面总效率（如果外表面为肋化，
8、则 o1）为换热管的外表面积与内表面积之比；iA4.螺旋管内表面传热系数lNuhfi（2.4.1）其中hi管内表面传热系数 J/h努塞尔数 fNu流体导热系数 W/mKf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：Re f10 41.210 5,Prf0.1120，l/d60; 管内径 d 为特征长度。采用迪图斯-贝尔特公式：nf8.0fPr23Re.Nu（2.4.2）加热流体时 n0.4，冷却流体时 n0.3Ref雷诺数 ul/u流体流速 m/sl管径 m流体运动黏度 /sPrf普朗特数 Cp/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
9、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 Rd1.7cr对于液体 30.以上内容仅适用于 Pr0.6 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 l 的管道平均 Nu 数14.0wf3/1ffdlRe86.Nu（2.4.3）此式的定性温度为流体平均温度 tf（但 按壁温计算） ，特长长度为管径。实验验证范围：Ref 1041.210 5,Prf0.4816700， 0.00449.75， 2wf14.0wf3/1fdlRe5.螺旋管外表面传热系数（自然对流换热情况）格拉晓夫数 23TglGr（2.5.1）螺旋管外表面传热系数 lNuh（2.5.2）其中h螺旋管外表面传热系数 J/sKNu螺旋管外表面努塞尔数螺旋管外流体导热系数 W/mKl螺旋管外径 m努塞尔数 25.023wwPrtgl5.0Nu（2.5.3） 其中螺旋管外流体密度 kg/m3螺旋管外流体膨胀系数 K-1g重力加速度 kg/st流体和管壁间的温度差 KPr流体的普朗特数 Cp/Cp流体的比热 J/kgK流体运动黏度 /s
