038 供热系统四通混水器的调节特性研究.docVIP

供热系统四通混水器的调节特性研究 哈尔滨工业大学 逄文秀 赵华 摘 要 本文研究一种供暖系统用户连接可以双向混水的混水设备--供热系统四通混水器的调节特性。利用数值模拟得到了的四通混水器的调节特性曲线，并提出分水比的概念，用以描述四通混水器的调节特性，实验验证了模拟结果的正确性。该混水器的研发应用，对于实现供水温度分栋可调的供热方式，实现建筑节能，保证供热系统的稳定运行，具有重要的意义。 关键词 供水温度 分栋可调 数值模拟 四通混水器 导流板 引言 建筑能耗在国民经济总能耗中占有重大比例，建筑节能越来越受到社会和政府重视。供热系统实现供水温度分栋可调是一种新的节能供热方式。所谓分栋可调就是根据建筑自身的特性对建筑物供暖系统入口处参数的调节，即对不同的建筑给与不同的供热参数从而实现节能。要实现每栋建筑的供水温度分别调节，可以在每栋建筑入口安装混水设备，四通混水器正是为了满足这一调节需要而设计研制。 研究方法 本文采用数值模拟[1]与实验数据相结合的方式对四通混水器的调节特性进行研究。 2.1 模型的建立 四通混水器主体为柱型（还有球形[2]，本文只以柱形为例），内部设有可调节的导流板。四通混水器的双向混水是指热网侧的供水进入筒体后一部分流向用户侧的供水管，另一部分流向热网侧的回水管，与用户侧的部分回水混合，从热网侧的回水管流出；用户侧回水的另一部分流向用户侧的供水管，与热网侧的部分供水混合，通过改变导流板的角度调节混水比使之满足用户需要的温度后，从用户侧的供水管流出。四通混水器的热媒流向示意图如图1所示，四通混水器结构简图如图2所示。 图 1 四通混水器热媒流向示意图 图 2 柱形四通混水器结构简图 2.2 四通混水器的分水比 为体现混水器本身的调节特性，现引入分水比[3]这一概念，作为描述四通混水器调节特性的重要参数。这个指标能够说明混水器的混水效果，四通混水器导流板所处于角度与分水比相关，角度决定分水比。分水比是与热媒流量、温度都无关系的设备固有的特性，类似于管网的阻力特性系数。绘制出分水比随导流板角度变化的特性曲线，它能够表征四通混水器自身特性的曲线，与导流板角度有关，与一级网供水温度tg1和二级网回水温度th2无关。这就为四通混水器应用于热网系统中热网调节涉及到的四通混水器的控制调节问题提供了理论依据。 分水比定义为由于导流板分流时，一级网供水量分给二次网的百分比。 (1) 式中 ——分水比； ——一次网流量，； —一次网供水量流到二次网的流量，； 由能量守恒，推导得到计算公式如下： (2) 式中 ——一次网流量，； ——二次网流量，； ——一次网供水温度，℃； ——二次网回水温度，℃； ——二次网供水温度，℃； 模拟和实验结果分析 3.1 模型的数值模拟与样品的实验数据的验证分析 为了检验模拟结果，以表1中所示尺寸制作了样品并在实验台上进行实验。调节导流板的角度，以水平位置时的角度为0°，设导流板逆时针旋转为正，进行同工况模拟和实验，得到用户侧的供水温度tg2和热网侧的回水温度th1。针对二次网供水温度变化最大的工况，也就是从到45的工况不同的导流板角度对混水的影响。绘制曲线如所示 D L L1 L2 L3 L4 L5 L6 L7 de1 do1 de2 do2 尺寸（mm 200 128 48 32 48 100 100 126 6 50 50 50 50 图 3 实验数据水温曲线图 图 4 模拟数据水温曲线图 由图3至图6可知模拟结果与实验结果吻合的很好。温度差值最大点发生在=0°时，此时模拟得到的一级网回水温度比实验测得的一级网回水温度高1.66℃；温度差值最小点发生在=-4°时，此时模拟得到的二级网供水温度与实验测得的二级网供水温度相等；一级网回水温度和二级网供水温度各自都吻合很好的点发生在=20°时，此时模拟得到的一级网回水温度比实验测得的一级网回水温度高0.7℃，模拟得到的二级网供水温度比实验测得的二级网供水温度低0.63℃。各组数据的一级网回水温度差值过大的，则相应的二级网供水温度差值就小些，从能量守恒的角度考虑，无论是实验和模拟得到这样的数据都是合理且可信的。 图 5 水温曲线图 图 6 导流板调节的分水比值 四通混水器的系列模拟结果 在模拟结果与实验结果吻合情况下，证明了模型选择及模拟方案的正确性。本文对多种工况进行模拟分析，得到系列设备本身的特性曲线，来