038供熱系統(tǒng)四通混水器的調(diào)節(jié)特性研究

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1、供熱系統(tǒng)四通混水器的調(diào)節(jié)特性研究哈爾濱工業(yè)大學(xué)逄文秀趙華摘要本文研究一種供暖系統(tǒng)用戶連接可以雙向混水的混水設(shè)備--供熱系統(tǒng)四通混水器的調(diào)節(jié)特性。利用數(shù)值模擬得到了的四通混水器的調(diào)節(jié)特性曲線，并提出分水比的概念，用以描述四通混水器的調(diào)節(jié)特性，實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了模擬結(jié)果的正確性。該混水器的研發(fā)應(yīng)用，對(duì)于實(shí)現(xiàn)供水溫度分棟可調(diào)的供熱方式，實(shí)現(xiàn)建筑節(jié)能，保證供熱系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，具有重要的意義。關(guān)鍵詞供水溫度分棟可調(diào)數(shù)值模擬四通混水器導(dǎo)流板1引言建筑能耗在國(guó)民經(jīng)濟(jì)總能耗中占有重大比例，建筑節(jié)能越來越受到社會(huì)和政府重

2、視。供熱系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)供水溫度分棟可調(diào)是一種新的節(jié)能供熱方式。所謂分棟可調(diào)就是根據(jù)建筑自身的特性對(duì)建筑物供暖系統(tǒng)入口處參數(shù)的調(diào)節(jié)，即對(duì)不同的建筑給與不同的供熱參數(shù)從而實(shí)現(xiàn)節(jié)能。要實(shí)現(xiàn)每棟建筑的供水溫度分別調(diào)節(jié)，可以在每棟建筑入口安裝混水設(shè)備，四通混水器正是為了滿足這一調(diào)節(jié)需要而設(shè)計(jì)研制。2研究方法本文采用數(shù)值模擬[1]與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)相結(jié)合的方式對(duì)四通混水器的調(diào)節(jié)特性進(jìn)行研究。2.1模型的建立四通混水器主體為柱型（還有球形[2]，本文只以柱形為例），內(nèi)部設(shè)有可調(diào)節(jié)的導(dǎo)流板。四通混水器的雙向混水是指熱網(wǎng)側(cè)的供

3、水進(jìn)入筒體后一部分流向用戶側(cè)的供水管，另一部分流向熱網(wǎng)側(cè)的回水管，與用戶側(cè)的部分回水混合，從熱網(wǎng)側(cè)的回水管流出；用戶側(cè)回水的另一部分流向用戶側(cè)的供水管，與熱網(wǎng)側(cè)的部分供水混合，通過改變導(dǎo)流板的角度調(diào)節(jié)混水比使之滿足用戶需要的溫度后，從用戶側(cè)的供水管流出。四通混水器的熱媒流向示意圖如圖1所示，四通混水器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖2所示。圖1四通混水器熱媒流向示意圖圖2柱形四通混水器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖2.2四通混水器的分水比為體現(xiàn)混水器本身的調(diào)節(jié)特性，現(xiàn)引入分水比[3]這一概念，作為描述四通混水器調(diào)節(jié)特性的重要參數(shù)。這個(gè)指

4、標(biāo)能夠說明混水器的混水效果，四通混水器導(dǎo)流板所處于角度與分水比相關(guān)，角度決定分水比。分水比是與熱媒流量、溫度都無關(guān)系的設(shè)備固有的特性，類似于管網(wǎng)的阻力特性系數(shù)。繪制出分水比隨導(dǎo)流板角度變化的特性曲線，它能夠表征四通混水器自身特性的曲線，與導(dǎo)流板角度有關(guān)，與一級(jí)網(wǎng)供水溫度tg1和二級(jí)網(wǎng)回水溫度th2無關(guān)。這就為四通混水器應(yīng)用于熱網(wǎng)系統(tǒng)中熱網(wǎng)調(diào)節(jié)涉及到的-5-四通混水器的控制調(diào)節(jié)問題提供了理論依據(jù)。分水比定義為由于導(dǎo)流板分流時(shí)，一級(jí)網(wǎng)供水量分給二次網(wǎng)的百分比。(1)式中——分水比；——一次網(wǎng)流量，；

5、—一次網(wǎng)供水量流到二次網(wǎng)的流量，；由能量守恒，推導(dǎo)得到計(jì)算公式如下：(2)式中——一次網(wǎng)流量，；——二次網(wǎng)流量，；——一次網(wǎng)供水溫度，℃；——二次網(wǎng)回水溫度，℃；——二次網(wǎng)供水溫度，℃；1模擬和實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析3.1模型的數(shù)值模擬與樣品的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的驗(yàn)證分析為了檢驗(yàn)?zāi)M結(jié)果，以表1中所示尺寸制作了樣品并在實(shí)驗(yàn)臺(tái)上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。調(diào)節(jié)導(dǎo)流板的角度，以水平位置時(shí)的角度為0°，設(shè)導(dǎo)流板逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)為正，進(jìn)行同工況模擬和實(shí)驗(yàn)，得到用戶側(cè)的供水溫度tg2和熱網(wǎng)側(cè)的回水溫度th1。針對(duì)二次網(wǎng)供水溫度變化最大的工況，也就是

6、從-45°到45°的工況，得到不同的導(dǎo)流板角度對(duì)混水的影響。繪制曲線如圖3、圖4所示。表1模擬與實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ统叽绫砭幪?hào)DLL1L2L3L4L5L6L7de1do1de2do2尺寸（mm）200128483248100100126650505050-5-圖3實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)水溫曲線圖圖4模擬數(shù)據(jù)水溫曲線圖由圖3至圖6可知模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果吻合的很好。溫度差值最大點(diǎn)發(fā)生在=0°時(shí)，此時(shí)模擬得到的一級(jí)網(wǎng)回水溫度比實(shí)驗(yàn)測(cè)得的一級(jí)網(wǎng)回水溫度高1.66℃；溫度差值最小點(diǎn)發(fā)生在=-4°時(shí)，此時(shí)模擬得到的二級(jí)網(wǎng)供水溫度與實(shí)

7、驗(yàn)測(cè)得的二級(jí)網(wǎng)供水溫度相等；一級(jí)網(wǎng)回水溫度和二級(jí)網(wǎng)供水溫度各自都吻合很好的點(diǎn)發(fā)生在=20°時(shí)，此時(shí)模擬得到的一級(jí)網(wǎng)回水溫度比實(shí)驗(yàn)測(cè)得的一級(jí)網(wǎng)回水溫度高0.7℃，模擬得到的二級(jí)網(wǎng)供水溫度比實(shí)驗(yàn)測(cè)得的二級(jí)網(wǎng)供水溫度低0.63℃。各組數(shù)據(jù)的一級(jí)網(wǎng)回水溫度差值過大的，則相應(yīng)的二級(jí)網(wǎng)供水溫度差值就小些，從能量守恒的角度考慮，無論是實(shí)驗(yàn)和模擬得到這樣的數(shù)據(jù)都是合理且可信的。圖5水溫曲線圖圖6導(dǎo)流板調(diào)節(jié)的分水比值1.2四通混水器的系列模擬結(jié)果在模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果吻合情況下，證明了模型選擇及模擬方案的正確性。本

8、文對(duì)多種工況進(jìn)行模擬分析，得到系列設(shè)備本身的特性曲線，來為工程實(shí)際提供參考。由于本文中設(shè)計(jì)的四通混水器采用導(dǎo)流的原理，主要任務(wù)是采用合理的結(jié)構(gòu)形式，有效地得到用戶側(cè)供水管不同的供水溫度，以適應(yīng)用戶調(diào)節(jié)的需要。故在對(duì)四通混水器方案的對(duì)比分析中，重點(diǎn)關(guān)注模型的出口水溫以及導(dǎo)流板的靈敏調(diào)節(jié)區(qū)域，以此作為標(biāo)準(zhǔn)選出適當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)形式。表2模型一尺寸表編號(hào)DLL1L2L3L4L5L6L7de1do1de2do2尺寸（mm）100128483248100100126650505050-5-表3模型二尺寸表編號(hào)DL