盤管換熱水箱盤管換熱器設計

一集熱器面積計算分離式太陽能熱水系統最大的特點是儲水箱和熱裝置的分離，熱裝置通過換熱器與水箱中的水交換。水箱換熱器面積應根據用戶用水負荷、集熱器面積和當地輻照情況進行計算。換熱器面積配置過低,會提高集熱循環的平均工作溫度,降低太陽能系統效率。因此儲熱水箱的合理設計是本系統高效、安全運行的關鍵之一。二抗補償溫度差集熱器吸收太陽輻射能轉化成熱能,傳給循環管路中的熱媒。熱媒通過循環管路進行溫差循環:當集熱器溫度與水箱換熱器的溫度差高于溫差循環啟動值時,循環泵啟動;當兩者的溫差降到溫差循環停止時,循環泵停止。當熱媒流經放熱盤管時,放出熱量,通過換熱管管壁的熱傳導,將水箱中的水加熱,完成熱交換過程。三浮動盤管型換熱器的優越性水箱與盤管可組成一個容積式浮動盤管換熱器。浮動盤管型換熱器與套管型管換熱器相比,其優越性主要體現在傳熱系數K值有所提高、容積利用率提高、能自動脫垢等幾個方面。四克氏盤管鋪設的熱性能計算1設計參數的選擇集熱器集熱面積A為4.26m2,水箱容積300L,水箱內水溫度57℃,盤管進出口溫度分別為64℃、58℃。盤管內走飽和水,水的流向為高進低出。盤管與水箱的設計壓力均為0.6MPa。2熱計算(1)換熱量計算盤管換熱器最大換熱量計算公式為:式中:η為集熱器效率,取50%;A為集熱器換熱面積,取4.26m2;qsun為集熱器每m2得熱量,取800W/m2。(2)平均溫差計算式中:Tcm為盤管平均溫度,;Tbm為水箱平均溫度,取57℃。(3)傳熱系數計算式中:α1為管內強迫對流換熱系數;α2為管外自然對流換熱系數。(1)管內換熱系數計算管內工質是水,據測試數據,盤管進出口溫度設定為64℃和58℃,則定性溫度為進出口平均溫度(61℃),定性尺寸取盤管內徑di=0.013m,61℃時飽和水的物性參數值:動力粘度μ=4.635×10-4kg/(m·s);密度ρ=982.57kg/m3;普朗特數Pr=2.946;運動粘度υ=0.4717×10-6m2/s;導熱系數λ=0.6599W/(m·℃)。查熱水供暖系統管道水力計算表(按平均水溫60℃,相應密度為983.248kg/m3,管子的絕對粗糙度為0.2mm)知,當管徑為15mm時,管內水的流速ω不大于0.48m/s,因此取管內工質流速ω為0.42m/s,則管內工質的雷諾數為:管內流動為湍流,為管內受迫對流。我國工程計算中,對于液體螺旋流最常用的公式為:則管內換熱系數為:b.管外換熱系數計算管外水箱內是飽和水,據測試數據,水箱內溫度設定為57℃。由于水箱內液體體積大,流速低,整個水箱的溫度對工況的改變不敏感,一般變化較慢,取57℃為定性溫度,管外徑0.015m為定性尺寸,查得57℃時飽和水的物性參數值為:動力粘度μ=4.94×10-4kg/(m·s);密度ρ=984.6kg/m3;運動粘度υ=0.5014×10-6m2/s;導熱系數λ=0.6557W/(m·℃);體積膨脹系數β=5.025×10-4K-1;Pr=3.155。對容積式浮動盤管換熱器來說,由于水箱內液體體積大,流速低,因而管外液體中的傳熱為自然對流換熱,按《熱工手冊》式(5-9-11)水平圓管自然對流換熱計算,即:則管外換熱系數為:式中,1.02為彎管修正系數。λ為不銹鋼的導熱系數(一般盤管采用不銹鋼加工制成),查《傳熱學》附錄手冊,不銹鋼管導熱系數取17W/(m·℃),以圓管外側為基準,其傳熱系數K為:(4)計算加熱盤管的換熱面積式中:F為熱交換器加熱面積,m2;q為換熱量,W;ε為由于水垢和熱媒分布不均勻影響傳熱系數效率的系數,一般采用0.6～0.8,取0.7;K為傳熱系數,W/(m2·℃);Cr為熱損失系數,一般采用1.1～1.2,取1.2;芓m為熱媒與被加熱水的計算溫度差,℃。3結構設計浮動螺旋盤管選用?15mm、壁厚1mm的不銹鋼管,換熱面積為1.48m2,則加熱盤管的長度L為:L=F/(3.14×0.015)=31.4m。4流動阻力計算盤管的總壓力降包括沿程阻力、回彎阻力和進出口連接管阻力。查不同材料表面的絕對粗糙度表得不銹鋼冷拔無縫鋼管的表面絕對粗糙度ks=0.02mm,則可得管內摩擦系數:因盤管總壓力降小于允許值0.3×1