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技術貼|散熱器安裝模式對采暖效果的影响

发布时间:2019-01-02 22:32 文章來源:京聖象暖氣片 閱讀數量:

    目前,建筑物室内供暖方式很多,主要分为散热器对流采暖和地板辐射采暖2种方式,但根据我国国情,以水为热媒的散热器仍然是我国最为普遍使用的冬季采暖手段。采暖散热器的使用在目前的供热方式中仍占主导地位。关于散热器对流采暖研究的数值计算和传热特性等方面,国内外已经有大量的研究。

 
  本文基于高效節能的冷凝式壁挂爐,將散熱器作爲其供暖末端設備,建立散熱器采暖房間的三維幾何模型,利用SC/Tetra軟件對其進行數值模擬,比較散熱器的不同安裝模式在相同工況下的采暖效果,爲實際工程應用提供理論依據。
 
  1、冷凝壁挂爐采暖系統介紹
 
  該系統結構原理圖,如圖1所示。
  图1 冷凝壁挂炉采暖系统结构原理图
 
  冷水經由冷凝壁挂爐中天然氣燃燒加熱,所産生的熱水溫度由冷凝壁挂爐控制和設定。熱水經由采暖水出口閥門以及分集水器,流入散熱器供水入口,在散熱器中,熱媒水通過由翅片表面與周圍空氣進行自然對流換熱。經過散熱器後,熱媒水通過回水管道,回到冷凝壁挂爐中繼續加熱,整個系統構成一個循環。散熱器材質采用銅鋁,其供暖方式主要是以自然對流換熱爲主,輻射換熱爲輔。
 
  2、模型建立與分析
 
  2.1 几何模型的建立
 
  本文選取某北向實驗室作爲研究對象,其實驗室的內部測量尺寸爲8.40m×4.00m×3.05m。該實驗室南牆和北牆與室外相鄰,東、西兩側牆則與其他房間相鄰。其中南牆上設有玻璃窗。房間的布局如圖2所示。以西南方向牆角作爲坐標原點,采用直角坐標系對實驗進行模擬研究,X正向爲正北方向,Z正向爲正東方向。
  图2 实验室的尺寸结构图
 
  本文考慮A、B、C、D,4種散熱器的安裝模式,分別如下:①A爲單個900W的散熱器,安裝在東牆正中央處,距離地面518mm;②B爲2個450W的散熱器,均安裝在東牆一側,距離南北牆分別爲1670mm,距離地面518mm;③C爲東西兩側牆的正中央各安裝1個450W的散熱器,呈對稱布置,距離地面均爲518mm;④D爲沿著房間的對角線方向上東西牆上各安裝1個450W的散熱器,其中1個距離北牆1670mm,另一散熱器則距離南牆1670mm。
 
  2.2 边界条件设置
 
  将实验室房间的三维立体模型导入SC/Tetra,设定初始条件和边界条件:供水温度设为70℃; 墙、窗户、门、散热器的材质分别设为混凝土、玻璃、木头以及钢,外墙的传热数为0.51W/(m2·K),对流换热系数为5W/(m2·K)。为简化计算,假设室内温度,四周墙壁及房顶地面温度均为10℃。整个房间空气流动视为湍流,辐射为自然对流辐射。采用双精度求解器,RANS流动类型,标准κ-ε模型,流场计算采用SIMPLE算法。划分网格,实现对整个房间温度场的模拟求解。
 
  2.3 模拟结果分析
 
  经过模型的后处理,可得到散热器不同安装模式相应的温度场和速度场。温度和速度分布取值截面如图3所示,在上文所述A、B、C、D,4种散热器的安装模式下,在Y=1.5m,Z=2.0m截面处温度分布如图 4所示。由图4可以直观地看出,在达到稳态时,墙的一侧安装2个散热器的采暖效果最好且温度分布均匀;其次,散热器沿对角线方向和对称安装这2种模式的温度曲线相近,对称安装模式下,温度曲线中央要比南北两侧略高0.3℃,这是由于散热器安装在房间中部,且对称放置的,对于房间的南部和北部采暖不够充分。
  图3 温度和速度分布取值截面Z=2.0m
  图4 Z=2.0m截面温度分布
 
  圖5是另一溫度和速度分布取值剖面,圖6則是在4種散熱器安裝模式下,高度Y=1.5m,截面位置X=4.2m處的溫度分布曲線圖。圖中B、D模式下的溫度分布相似,均勻且平穩;在A、C模式下,由于所取截面恰好是在散熱器的安裝位置處,而在散熱器正上方,由于氣流的作用,其溫度要明顯高于其他區域。對于模式A,散熱器只安裝在東牆的一側,因而隨著Z軸位移的減小,溫度逐漸降低。
  图5 温度和速度分布取值截面X=4.2m
  图6 X=4.2m截面温度分布
  图7 Z=2.0m截面速度分布
  图 8 X=4.2m截面速度分布
 
  圖7反映了Y=1.5m,Z=2.0m截面上速度分布情況。很顯然,A安裝模式下的散熱器采暖,所導致的周圍氣流速度變化幅度較大,且氣流的速度總體上都高于其他3種安裝模式,而在B、C、D這3種模式下,該截面上的氣流速度則較爲平穩。
 
  圖8是高度爲Y=1.5m截面位置是X=4.2m處的速度分布曲線圖。
 
  A模式下,靠近東牆的正上方氣流速度明顯遠高于其他3種模式。而C、D,2種模式,房間中央處于速度量波谷處,從房間中部向房間兩側方向延伸,氣流速度逐漸上升。B模式相比較其他模式,平均氣流速度最小,曲線也最爲平穩。
 
  3、結語
 
  本文通過對數值模擬結果的分析,可以得出如下的結論:
 
  1)在散熱器的功率之和相等的條件下,單散熱器在采暖方面與其他安裝方式相比,在房間內的溫度分布較爲不均勻,局部波動性大;而雙散熱器在溫度分布和氣流速度分布上,比單個散熱器要更爲穩定。作爲研究主體的房間模型,東西寬度爲4.00m,在這種情況下,2個散熱器采取同側安裝和沿對角線安裝方式相比較其他2種方式更合理,舒適性相對較高。
 
  2)在本次模擬研究中,同等的條件下,從采暖溫度或是氣流速度上比較,散熱器同側的安裝方式比沿對角線方向安裝的方式較好。隨著房間模型的變化,尤其是寬度變化,散熱器安裝模式的選取還會發生變化,這將在以後的實驗模擬中繼續研究。

       文章来源:中国采暖散热器网