四通混水器工況實(shí)驗(yàn)研究

1、四通混水器工況實(shí)驗(yàn)研究哈爾濱工業(yè)大學(xué) 謝鑫 趙華摘要 四通混水器是供熱系統(tǒng)與用戶的連接設(shè)備，供熱系統(tǒng)通過四通混水器與熱用戶連接，實(shí)現(xiàn)供熱系統(tǒng)供水溫度分棟可調(diào)的供熱方式。本文通過實(shí)驗(yàn)手段測試四通混水器樣品，通過其水力工況、熱力工況變化規(guī)律分析該設(shè)備的調(diào)節(jié)性能能，并且得出設(shè)備的調(diào)節(jié)曲線。關(guān)鍵詞 供水溫度 分棟調(diào)節(jié) 四通混水器 分水比1 概述四通混水器是一種新型的供熱系統(tǒng)與熱用戶的連接設(shè)備，由哈爾濱工業(yè)大學(xué)熱能工程系研發(fā)1，并設(shè)計(jì)加工系列實(shí)驗(yàn)樣品用于實(shí)驗(yàn)研究。圖1為柱形雙向混水器樣品立體圖。本文主要介紹其一種規(guī)格樣品的實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析結(jié)論。圖 1 柱形雙向混水器樣品立體圖四通混水器的作用一方面是通過導(dǎo)

2、流板的調(diào)節(jié)能夠調(diào)節(jié)用戶入口處熱網(wǎng)供水與用戶回水的混合比例，從而改變用戶熱媒參數(shù)。另一方面由于在調(diào)節(jié)的過程中熱網(wǎng)側(cè)阻力變化很小，而且熱網(wǎng)側(cè)流量不變，所以能夠把用戶側(cè)與熱網(wǎng)側(cè)從水力工況隔離開，從而實(shí)現(xiàn)用戶的自主調(diào)節(jié)。四通混水器的調(diào)節(jié)示意圖如圖2所示。圖 2 四通混水器原理示意圖從四通混水器的結(jié)構(gòu)可以看出，四通混水器之所以能夠調(diào)節(jié)系統(tǒng)的混水比，是由于通過導(dǎo)流板的分流作用，能夠調(diào)節(jié)一次網(wǎng)供水進(jìn)入到二次網(wǎng)的比例，下面定義分水比的概念，從而能夠更好的說明四通混水器的作用。分水比定義為由于導(dǎo)流板的分流作用，一次網(wǎng)供水量分給二次網(wǎng)的百分比。利用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算公式如下： 式中 x分水比；G1次網(wǎng)循環(huán)流量, t/h

3、；G2二次網(wǎng)循環(huán)流量，t/h；tg1一次網(wǎng)供水溫度，；th2二次網(wǎng)回水溫度，；tg2二次網(wǎng)供水溫度，；2 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容介紹下面介紹針對四通混水器的實(shí)驗(yàn)情況，四通混水器的實(shí)驗(yàn)主要從四通混水器水力特性，熱力特性，分水特性三個(gè)角度來進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析。2.1 水力特性四通混水器能夠?qū)崿F(xiàn)把一次側(cè)和二次側(cè)在水力工況上分開，形成相互不影響的兩個(gè)系統(tǒng)，在實(shí)驗(yàn)臺(tái)上驗(yàn)證這一特性，驗(yàn)證導(dǎo)流板的調(diào)節(jié)會(huì)不會(huì)影響系統(tǒng)的穩(wěn)定。2.2 熱力特性通過導(dǎo)流板的調(diào)節(jié)，四通混水器能夠?qū)崿F(xiàn)不同的用戶側(cè)供水溫度，從而滿足用戶的不同需求，在實(shí)驗(yàn)中，測量用戶側(cè)溫度隨著導(dǎo)流板角度變化的趨勢，并繪制出變化曲線，分析四通混水器的調(diào)節(jié)作用。2.3 分水特性

4、作為四通混水器的一個(gè)重要特性，這個(gè)特性不隨實(shí)驗(yàn)工況的影響，僅僅與導(dǎo)流板的角度有關(guān)系，在不同的工況下，通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算出分水比的值，繪制不同導(dǎo)流板角度下的分水比曲線變化。3 實(shí)驗(yàn)臺(tái)介紹實(shí)驗(yàn)裝置：哈爾濱工業(yè)大學(xué)市政環(huán)境工程學(xué)院供熱系統(tǒng)多功能實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。其原理圖見如圖3所示。哈爾濱工業(yè)大學(xué)供熱系統(tǒng)多功能實(shí)驗(yàn)臺(tái)是一個(gè)具備國內(nèi)領(lǐng)先水平的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，利用一臺(tái)雙壓縮機(jī)熱泵自己作為冷熱源，擁有五個(gè)模擬用戶，并且安裝有自動(dòng)測量和傳輸數(shù)據(jù)的裝置，與計(jì)算機(jī)連接，提高了實(shí)驗(yàn)效率。實(shí)驗(yàn)臺(tái)有五個(gè)模擬用戶，在測量四通混水器系統(tǒng)中四通混水器的調(diào)節(jié)對系統(tǒng)水力工況的影響時(shí)，涉及到了其他用戶，四通混水器所在的用戶為用戶3。該試驗(yàn)臺(tái)能夠

5、實(shí)現(xiàn)供水溫度4550，回水溫度2530，供回水溫差可達(dá)到20左右。為了提高散熱器的散熱效率，實(shí)驗(yàn)臺(tái)中用換熱器替代了散熱器，并且在換熱器的另一端使用冷水冷卻。冷卻供水溫度2025，冷卻回水溫度4045，換熱溫差可達(dá)到25左右。圖 3 供熱多功能實(shí)驗(yàn)臺(tái)原理圖4 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析圖 4 導(dǎo)流板角度示意圖圖4是四通混水器角度調(diào)節(jié)示意圖，標(biāo)有數(shù)字的位置即為該數(shù)字對應(yīng)的調(diào)節(jié)角度。下面實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中所提及的角度位置，都以上圖為準(zhǔn)。4.1 水力工況在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中，分別設(shè)計(jì)了三種流量工況，分別為G1=G2=0.5t/h, G1=G2=1.0t/h, G1=G2=2.0t/h。分別代表了系統(tǒng)在大、中、小三種流量的情況下，混

6、水器本身的調(diào)節(jié)對系統(tǒng)水力工況的影響，結(jié)果如圖5至圖7所示。圖 5 小流量下導(dǎo)流板調(diào)節(jié)對系統(tǒng)壓力的影響圖 6 中等流量下導(dǎo)流板板調(diào)節(jié)對系統(tǒng)壓力的影響圖 7 大流量下導(dǎo)流板調(diào)節(jié)對系統(tǒng)壓力的影響 由圖中曲線可以看出，在三種工況下，調(diào)節(jié)導(dǎo)流板角度，系統(tǒng)壓力均保持穩(wěn)定。驗(yàn)證了四通混水器能夠?qū)崿F(xiàn)把一次側(cè)和二次側(cè)在水力工況上分開，形成相互不影響的兩個(gè)系統(tǒng)， 4.2 熱力工況4.2.1 G1=G2的情況下，導(dǎo)流板從-15度到15度時(shí)，各個(gè)溫度值隨導(dǎo)流板角度變化情況如圖8所示。圖 8 G1=G2工況各個(gè)溫度值變化情況4.2.2 G1>G2的情況下，導(dǎo)流板從-15度到15度時(shí)，各個(gè)溫度值隨導(dǎo)流板角度變化情況

7、如圖9所示。圖 9 G1>G2工況各個(gè)溫度值變化情況4.2.3 G1<G2的情況下，導(dǎo)流板從-15度到15度時(shí)，各個(gè)溫度值隨導(dǎo)流板角度變化情況如圖10所示。圖 10 G1<G2工況各個(gè)溫度值變化情況由一二次網(wǎng)的流量變化情況和供回水溫度測量值可以得出結(jié)論，由于一二次網(wǎng)流量不同導(dǎo)致的導(dǎo)流板兩側(cè)的壓力不同，從而發(fā)生了側(cè)漏現(xiàn)象。通過側(cè)漏，混水器內(nèi)的壓力實(shí)現(xiàn)自力式平衡，從而能夠使系統(tǒng)壓力在導(dǎo)流板調(diào)節(jié)過程當(dāng)中保持穩(wěn)定。當(dāng)導(dǎo)流板角度小于15度時(shí)，由于一二次網(wǎng)的循環(huán)流量不同，如果密封性好的話，理論上導(dǎo)流板在這些角度范圍內(nèi)變化，會(huì)使得導(dǎo)流板兩側(cè)的進(jìn)流量和出流量不相等。所以實(shí)際系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，混水器

8、內(nèi)必然會(huì)出現(xiàn)壓力的不穩(wěn)定。但是從實(shí)驗(yàn)結(jié)果來看，兩側(cè)流量變化并不是很明顯，變化量幾乎可以忽略不計(jì)。從制作工藝和導(dǎo)流板結(jié)構(gòu)來看，很有可能是在壓差的驅(qū)使下，發(fā)生側(cè)漏的現(xiàn)象。再通過觀察供回水溫度的變化，在導(dǎo)流板角度為度時(shí)，一次網(wǎng)的回水溫度比二次網(wǎng)回水溫度高達(dá)4，這可以進(jìn)一步說明了側(cè)漏的發(fā)生。由于側(cè)漏，溫度高的熱水通過導(dǎo)流板與筒體之間的間隙滲透到另一側(cè)，提高了一次網(wǎng)回水溫度。4.3 分水比4.3.1 G1=G2時(shí)工況時(shí)分水比變化曲線見圖11。圖 11 G1=G2分水比平均值變化4.3.2 G1>G2工況時(shí)分水比變化曲線如圖12。圖 12 G1>G2時(shí)分水比的變化曲線當(dāng)G1>G2時(shí)，一次

9、網(wǎng)供水不能全部進(jìn)入用戶系統(tǒng)，混水器的最大分水比 必定小于1，最大分水比與一二次網(wǎng)流量比有關(guān)，從圖12曲線中也可以看出這一點(diǎn)。4.3.3 G1<G2工況時(shí)的分水比變化曲線如圖13。圖 13 G1<G2分水比的變化曲線圖 14 G1<G2與G1=G2兩種工況分水比的變化曲線比較從上文中對分水比的分析可以看出，分水比作為四通混水器的一個(gè)參 數(shù)，與系統(tǒng)的運(yùn)行工況關(guān)系不大，而可以作為四通混水器的固有特性，對于同一個(gè)設(shè)備而言，分水比僅僅與導(dǎo)流板的角度有關(guān)系。5 小結(jié)本文主要介紹了四通混水器作為一種新型的供熱輔助設(shè)備的工作原理與特性，通過水力工況和熱力工況的實(shí)驗(yàn)測定，得出四通混水器能夠很好的應(yīng)用于供水溫度分棟可調(diào)的供熱系統(tǒng)當(dāng)中的結(jié)論，能夠把熱網(wǎng)一次網(wǎng)和二次網(wǎng)在水力工況上分開，并且得出了能代表該設(shè)備特性的參數(shù)分水比，繪制出了分水比隨導(dǎo)流板角度變