采暖系統(tǒng)溫控閥溫性能驗證實驗及數(shù)值模擬研究

摘 要：采暖系統(tǒng)就是為了維持室內(nèi)所需要的適宜溫度，然后向室內(nèi)提供相應(yīng)的熱能量，這種向室內(nèi)不斷提供熱力能量的工程設(shè)備就是采暖系統(tǒng)設(shè)備。而溫控閥它是采暖系統(tǒng)當(dāng)中進(jìn)行流量調(diào)節(jié)的機(jī)械設(shè)備，它也是采暖系統(tǒng)中最主要的調(diào)節(jié)設(shè)備。本文就以采暖系統(tǒng)溫控閥為研究主體，通過相應(yīng)的實驗來驗證溫控閥溫性能，并且對其進(jìn)行相關(guān)的數(shù)值模擬研究。

關(guān)鍵詞：采暖系統(tǒng)；溫控閥；驗證實驗；數(shù)值模擬；

文章編號：1674-3520（2015）-07-00-02

引言

溫控閥是采暖系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中最為主要、最為關(guān)鍵的一個設(shè)備，主要用于對采暖系統(tǒng)流量的調(diào)節(jié)，一般用于為居民用戶室內(nèi)提供熱量或者是工業(yè)供暖等。室內(nèi)的溫度控制一般情況下都是通過散熱器恒溫控制閥來實現(xiàn)的。同時溫控閥又是一種集測溫、溫控為一體的自動化控制裝置。當(dāng)前，國內(nèi)外對采暖系統(tǒng)溫控閥的技術(shù)設(shè)計研究很多，基本上都是研究溫控閥的應(yīng)用領(lǐng)域、性能和結(jié)構(gòu)設(shè)計技術(shù)方面?？傮w而言，對于采暖系統(tǒng)溫控閥的應(yīng)用研究中，通常都是將現(xiàn)代先進(jìn)的計算流體動力學(xué)和傳統(tǒng)的實驗研究方法相互結(jié)合。

正如圖A所示，采暖系統(tǒng)溫控閥的主要功能和作用就是對系統(tǒng)中不同管路的冷流、熱流相互之間進(jìn)行混合，這樣可以使其達(dá)到室內(nèi)采暖系統(tǒng)指定的溫度。圖A中所示的感溫包，在其當(dāng)中裝載著感溫蠟，而且是用橫膈膜將其進(jìn)行嚴(yán)緊的密封措施，這樣它可以感應(yīng)到出口流體的即時溫度。圖A中的導(dǎo)桿如果發(fā)生位移并接觸調(diào)節(jié)螺栓的最底部的時候，此時，調(diào)節(jié)螺栓的底部就會產(chǎn)生相當(dāng)大的反推力，進(jìn)一步的就會導(dǎo)致導(dǎo)桿被壓縮的復(fù)位彈簧所作影響到，從而產(chǎn)生兩個不同的推力作用。

采暖系統(tǒng)溫控閥溫性能驗證實驗

本次針對采暖系統(tǒng)溫控閥溫性能的驗證實驗活動，主要分為五個部分，分別是：溫控閥溫性能實驗的目的；溫控閥溫性能進(jìn)行驗證實驗的方法；溫控閥溫性能實驗所需要的設(shè)備；然后就是進(jìn)行實驗時的步驟；最后得出實驗的結(jié)果、結(jié)論。

①溫控閥溫性能實驗的目的

目的就是研究溫控閥本身的控溫性能、控溫能力等，以及熱水進(jìn)口溫度對采暖系統(tǒng)溫控閥出口流體和壓力及其影響作用。以便更好的進(jìn)行采暖系統(tǒng)安裝設(shè)計。

②溫控閥溫性能進(jìn)行實驗的方法

基本方法就是將熱水入口時的溫度進(jìn)行適當(dāng)?shù)母淖?，但是，溫控閥結(jié)構(gòu)當(dāng)中的冷水入口的溫度及流量則堅持不改變，然后再記錄出口時的流水的水溫。過程就是通過對出口流水的即時水溫的變化進(jìn)行觀察，通過這種觀察再進(jìn)一步的進(jìn)行研究，研究溫控閥的控溫性能，研究溫控閥入口的水溫對整個溫控閥結(jié)構(gòu)性能的影響和作用。

③溫控閥溫性能實驗設(shè)備

進(jìn)行溫控閥溫性能驗證實驗的基本設(shè)備，主要包括：溫度計、熱水器、溫控閥、燒杯、相關(guān)的管道設(shè)施等。在實驗過程中可以將冷水溫度控制在5—30℃；而熱水可以盡量控制在55—85℃。當(dāng)然，以上都是在供水的階段，當(dāng)出水的時候，整個水溫可以控制在25—50℃，把最穩(wěn)定最安全的水體溫度控制在40℃。

④溫性能實驗步驟

前面的實驗設(shè)備也安裝設(shè)定好了，然后將溫控閥安裝到這個實驗?zāi)M系統(tǒng)當(dāng)中。其中，熱水應(yīng)該由天然氣熱水器來提供，實驗所需要的冷水就采用常溫情況下得自來水，在實驗系統(tǒng)中將溫度調(diào)節(jié)到40℃，最后按下確定按鈕就行了。在實驗過程中，水溫每升高兩攝氏度就相當(dāng)于提高了一個溫度梯度，并依次的將過程記錄下來，本次實驗的最終溫度是70℃。

⑤溫性能實驗結(jié)果

如圖B所示：

圖B溫控閥出口溫度隨熱水溫度的正相關(guān)變化圖

采暖系統(tǒng)溫控閥數(shù)值模擬研究

采暖系統(tǒng)中溫控閥的結(jié)構(gòu)種類有很多，現(xiàn)在就以生活中比較常見的自力式溫控閥作為研究對象，自力式溫控閥它是一種具有全自動化功能的采暖水溫控制裝置設(shè)備，其主要的功能和作用就是運用兩種不同的流體溫度，并將其分別通入溫控閥閥腔內(nèi)，通過溫控閥內(nèi)部的自動部件來自動調(diào)節(jié)這兩種不同流體的流量和溫度，以便很好的保持出口溫度的恒定不變。

通常情況下，對溫控閥內(nèi)部流場進(jìn)行數(shù)值模擬研究時，都是采用SolidWorks這種三維實體建模軟件來實施。首先建模的時候，要對熱流體入口流量進(jìn)行劃分，同時也要對冷流體入口的流量進(jìn)行相應(yīng)的劃分，建成熱流體入口流量和冷流體入口流量的比例為4：1和1：4兩種不同的模型。溫控閥內(nèi)部的介質(zhì)可采用清水來代替，并采用標(biāo)準(zhǔn)的k—ε湍流模型，其中離散方程式的求解方法應(yīng)采取非結(jié)構(gòu)式的SIMPLE這種算法，也就是一階迎風(fēng)格式，并設(shè)定溫控閥模型中熱水流體和冷水流體的入口速度，可設(shè)定為0.5m/s，其中入口冷水流體的溫度為290K，熱水流體的溫度可設(shè)定為320K。

關(guān)于計算結(jié)果和研究分析：

之前設(shè)定了兩個不同的模型，分別是4：1的qv，h/qv，c以及1：4的qv，h/qv，c模型。所以，針對不同入口的溫度流體及其壓力，其流體的速度也就不同，熱水供水溫度一般情況下都是在45—85比較合適，此時溫控閥入口熱水溫度也比較的合理。圖C和圖D分別是以上兩種模型的溫度分布圖。

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