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      供熱散熱器飾品裝置對屋內散熱制約的新型剖析

      文章出處:網責任編輯:作者:人氣:-發表時間:2013-11-27 15:15:00

       

        隨著我國建筑水平的提高,人們居住環境的改善,使得目前家居裝飾變得異?;馃?。根據中國建筑裝飾協會的統計數據,我國新建住宅裝修率達到了95以上。為了散熱器與室內達到統一美觀的外觀效果,大多數居民都設法去隱蔽或裝飾散熱器,其中給散熱器加裝裝飾罩是一種比較典型的作法。但實際上加裝裝飾罩對散熱器室內散熱的影響很大,尤其裝飾罩本身結構及細節處理妥當與否,是影響室內空氣流動分布的關鍵因素。

        目前,高性能CFD軟件技術在暖通空調領域的應用還是一個薄弱環節1,在采暖散熱器研究領域,采用高性能CFD軟件進行散熱器室內流場分析的研究更不多見。下面本文將采用計算流體動力學CFD的方法,通過商用Pheonics3.3版軟件模擬并分析采暖散熱器加裝裝飾罩后,對室內空氣流場分布的影響,初步探索其合理結構。

        2CFD模型

        在房間密封()良好的情況下,采暖散熱器的放熱過程是一個典型的大空間自然對流換熱過程,靠近散熱器外表面的空氣由于接觸受熱,使其密度變小而產生浮升力,熱空氣上升,散熱器下部和房間內的冷空氣則流進補充,并同樣被加熱和上升,如此循環直至達到熱平衡狀態。根據自然對流的特點,本文在CFD分析模擬中將采用LVEL湍流模型。

        LVEL湍流模型是由英國帝國理工大學CHAM研究院的Spalding等2三人于1993年提出的,并作為商用Pheonics軟件所特有的湍流模型之一。其主要思想是,對于類似通道的流動中,假想存在一類似的速度分布,并將無量綱的距壁面的距離y與平行于壁面的無量綱速度u聯系起來。再通過對u/y進行微分,得到無量綱的有效粘度v與雷諾數Re之間的數學關系。

        LVEL湍流模型之所以得名LVEL,主要是因為計算有效粘度v需要的幾個參數。其中,L代表距最近壁面的距離(Thedistancefromthenearestwall),VEL代表局部速度(localvelocity)和層流粘度(laminarviscosity)。

        對于u/y,可以用一個差分格式來覆蓋整個層流和湍流范圍,并用下面的方程(Spalding壁面定律)聯系起來,y=u1EeKu-1-Ku-(Ku)2-(Ku)36-(Ku)424(1)其中,K是馮卡門(vonKarman)常數,等于0.417;E是滿足Logarithmic定律的常數,等于8.6;方括號內的表達式是冪函數的泰勒(Talyor)展開式的前五項。

        無量綱的有效粘度v可由下式得到,v=1KEeKu-1-Ku-(Ku)2-(Ku)36(2)

        這意味著,當u非常小時,在靠近壁面處v=1,而當u非常大時,v=Ky.由于Re定義為u和v乘積,因此,流動中每一點的Re可由下式得到,Re=uu1EeKu-1-Ku-(Ku)2-(Ku)36(Ku)424(3)

        實驗對比結果表明,LVEL模型(是比較適合工程使用的低雷諾數湍流模型,對于在雷諾數處于過渡區的流動問題,具有較好的求解精度。尤其是計算域中有較多壁面或障礙物時,LVEL模型對于粗糙網格下的求解具有較高的可行性、可靠性、經濟性和精確性。

        3模擬結及分析

        本文采用Pheonics3.3版商用軟件,對目前兩種典型的木質網格裝飾罩結構(和),進行了某4(4(3m封閉房間內的空氣流動模擬。其中散熱器外形尺寸為長1000mm,寬530mm,厚45mm;散熱器采用同側連接,連接管徑為25mm,熱水上供下回,進水95),回水70);計算網格劃分為矩形網格,網格節點數目為25(20=500個,模擬結果分別見3和4.

        實際上,以上兩種裝飾罩結構都具有一些不合理之處。實驗表明,其散熱量損失在1530之間。從裝飾罩結構的室內空氣流場分布可以看出,裝飾罩不利于室內空氣的自然對流換熱,一方面,空氣沿散熱器表面的路程較短,空氣還沒有發展到湍流階段,即從散熱器裝飾罩上方的木質網格中流出,大大削弱了換熱效果。另一方面,由于裝飾罩頂部封閉,使得熱空氣在此處形成了占據一定空間內的靜止層,并阻礙了熱空氣的浮升,使空氣流速降低(0.10.2m/s),整體換熱效果降低。改造后的裝飾罩結構以及其室內空氣流場分別如和所示。中將原來的整體木質網格分成了上下兩部分,中間由封閉木板連接,輻射面積基本保持不變。改造后,空氣浮升沿程長度加長,空氣流速也有所增加(0.20.5m/s),熱空氣由散熱器上部流出,使原先的靜止熱空氣層減小,熱空氣流速增加,散熱器的自然對流程度大大增強。

        從4裝飾罩結構的室內空氣流場分布可以看出,裝飾罩由于強調保持散熱器與室內墻裙裝飾邊線的協調一致,使得從裝飾罩底部進入散熱器的空氣量大大減少。這樣,盡管裝飾罩上部有木質網格開孔,但散熱器仍然達不到正常的自然對流散熱量,也屬于不合理設計。改造后的裝飾罩結構以及其室內空氣流場分別如和所示。改造后的裝飾罩底部空氣進口面積與原來相比有所增大,從中也可以反映出改造后的室內空氣流場比改造前更加均勻,流速高出0.10.15m/s左右,自然對流換熱效果也隨之增加。

        4結論

        (1)采暖散熱器加裝裝飾罩后,其輻射、對流傳熱量比例會發生變化,有時甚至可能出現完全隔絕輻射散熱或對流換熱的現象,其不利影響是肯定的。而對于那些設計制作錯誤的裝飾罩,散熱量的損失就會更大,同時還會使建筑能耗增加,不利于建筑節能。因此,在裝飾罩的設計中,要盡可能地避免裝飾罩開口過小,百葉通氣率很低,開口位置隨意設定,不考慮空氣對流的順暢,只開一個通氣口等不利于散熱的因素。

        (2)根據建設部的十五規劃,我國即將全面實施供暖按熱量計費。為了使用戶可以根據自己的需要調節房間溫度,散熱器將安裝熱量表和溫控閥等必要設備,如果溫控閥與散熱器一起都安裝在封閉的裝飾罩內,不僅用戶不能任意操作溫控閥,而且由于溫控閥感溫環境的改變,容易使其調節控制失效,造成長期性的熱量消耗損失。

        (3)無論是從傳熱學角度,還是從經濟學角度來看,采暖散熱器加裝裝飾罩都是弊大于利,尤其是有悖于我國建設部正大力倡導的建筑節能50的遠景規劃目標。從國外生產采暖散熱器的經驗來看,國外散熱器對產品外觀質量和美化的重視程度,決不亞于對散熱器熱工性能的追求。因此,對于國內散熱器而言,要想最終解決裝飾罩的問題,生產廠家必須與國際接軌,在注重散熱器安全性與經濟性的同時,強調散熱器的裝飾性,從輕、薄、美、新6上下工夫。

       

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