散热器安装模式对采暖效果的影响

随着社会的进步和经济的发展，人们的生活水平日益提高，对于家庭供暖的舒适性要求也随之提高。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的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。如：赫斯特等人进行了变流量工况对散热器影响的研究；AlaHasan等人研究了供回水温度分别为45和35℃时散热器低温采暖的舒适性状况；国内学者余才锐等人通过对多种散热器散热量的测试结果，利用数学方法进行总结归纳，得出各种散热器在常见进出口水温情况下散热量的温度修正系数；祝银海、董其伍分别对板翅式换热器平直翅片流道中流体流动与传热性能进行了流体力学数值计算，并得出7种不同高度、厚度和翅片间距大小的翅片流道中流体平均Nu数和压力降随Ｒe数变化的曲线等等。

　　关于散热器采暖系统的数值模拟方面，国内外的学者已经做了大量的研究。Markatos和Pericleous在计算中首先引入了湍流模型，其结果与MacGregor和Emery的实验结果相吻合。徐宝萍等人在研究计量供热系统散热器时根据变流量工况下的动态特性，建立了散热器动态仿真模型。考虑水流经散热器的流动延迟，建立流动过程、滞留过程、过度过程的微元模型以及散热器集总模型，最终求得散热器平均温度。

　　本文基于高效节能的冷凝式壁挂炉，将散热器作为其供暖末端设备，建立散热器的采暖房间的三维几何模型，利用SC/Tetra软件对其进行数值模拟，比较散热器的不同安装模式在相同的工况下的采暖效果，为实际工程应用提供理论依据。

　　1.冷凝壁挂炉采暖系统介绍

　　冷凝壁挂炉散热器采暖系统的结构原理图如图1所示。

　　冷水经由冷凝壁挂炉，由天然气的燃烧加热，所产生的热水的温度由冷凝壁挂炉控制和设定。热水经由采暖水出口阀门以及分集水器，流入散热器供水入口，在散热器中，热媒水通过由翅片表面与周围空气进行自然对流换热。经过散热器后，热媒水通过回水管道，回到冷凝壁挂炉中继续加热，整个系统构成一个循环。散热器材质采用铜铝，其供暖方式主要是以自然对流换热为主，辐射换热为辅。

　　2.模型建立与分析

　　2．1 几何模型的建立

　　选取某北向实验室作为研究对象，实验室的内部尺寸为 8．40 m ×4．00 m ×3．05 m。该实验室南墙和北墙与室外相邻，东、 西两侧墙则与其他房间相邻。其中南墙上设有玻璃窗。房间的布局如图 2 所示。以西南方向墙角作为坐标原点，采用直角坐标系对实验进行模拟研究， X 正向为正北方向， Z 正向为正东方向。

　　本文考虑 A， B， C， D 4 种散热器的安装模式，分别如下:

　　①A 为单个 900 W 的散热器，安装在东墙正中央处，距离地面 518 mm；

　　②B 为2 个450 W 的散热器，均安装在东墙一侧，距离南北墙分别为 1670 mm，距离地面 518 mm；

　　③C 为东西两侧墙的正中央各安装 1个 450 W 的散热器，呈对称布置， 距离地面均为 518mm；

　　④D 为沿着房间的对角线方向上东西墙上各安装1 个450 W 的散热器，其中1 个距离北墙1670 mm，另一散热器则距离南墙 1670 mm。

　　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，外墙的传热系数为 0．51 W/(m 2 ·K)，对流换热系数为 5 W/(m 2 ·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． 5 m， Z = 2． 0 m 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 5 是另一温度和速度分布取值剖面。图 6 则是在 4 种散热器安装模式下，高度 Y = 1．5 m，截面位置X =4．2 m 处的温度分布曲线图。图中 B， D 模式下的温度分布相似，均匀且平稳；在 A， C 模式下，由于所取截面恰好是在散热器的安装位置处，而在散热器正上方，由于气流的作用，其温度要明显高于其他区域。对于模式 A，散热器只安装在东墙的一侧，因而随着 Z 轴位移的减小，温度逐渐降低。

　　图 7 反映了 Y = 1．5 m， Z = 2．0 m 截面上速度分布情况。很显然， A 安装模式下的散热器采暖，所导致的周围的气流速度变化幅度较大，且气流的速度总体上都高于其他 3 种安装模式，而在 B， C， D 这 3 种模式下，该截面上的气流速度则较为平稳。

　　图8 是高度为 Y =1．5 m 截面位置是 X =4．2 m 处的速度分布曲线图。A 模式下，靠近东墙的正上方气流速度明显远高于其他 3 种模式。C， D 2 种模式，房间中央处于速度量波谷处，从房间中部向房间两侧方向延伸，气流速度逐渐上升。B 模式相比较其他模式，平均气流速度最小，曲线也最为平稳。

　 　3.结语

　　本文通过对数值模拟结果的分析，可以得出如下的结论:

　　1) 在散热器的功率之和相等的条件下，单散热器在采暖方面与其他安装方式相比，在房间内的温度分布较为不均匀， 局部波动性大；而双散热器在温度分布和气流速度分布上，比单个散热器要更为稳定。作为研究主体的房间模型，东西宽度为 4．00 m，在这种情况下，2 个散热器采取同侧安装和沿对角线安装方式相比较其他 2 种方式更合理，舒适性相对较高。

　　2) 在本次模拟研究中，同等的条件下，从采暖温度或是气流速度上比较，散热器同侧的安装方式比沿对角线方向安装的方式较好。随着房间模型的变化，尤其是宽度变化，散热器安装模式的选取还会发生变化，这将在以后的实验模拟中继续研究。

• 0人已收藏

• 0人已打赏

  免费
• 0人已点赞

• 分享

  复制链接 新浪微博 微信扫一扫