采暖系統溫控閥溫性能驗證實驗及數值模擬研究

摘 要：采暖系統就是為了維持室內所需要的適宜溫度，然后向室內提供相應的熱能量，這種向室內不斷提供熱力能量的工程設備就是采暖系統設備。而溫控閥它是采暖系統當中進行流量調節的機械設備，它也是采暖系統中最主要的調節設備。本文就以采暖系統溫控閥為研究主體，通過相應的實驗來驗證溫控閥溫性能，并且對其進行相關的數值模擬研究。

關鍵詞：采暖系統；溫控閥；驗證實驗；數值模擬；

文章編號：1674-3520（2015）-07-00-02

引言

溫控閥是采暖系統結構中最為主要、最為關鍵的一個設備，主要用于對采暖系統流量的調節，一般用于為居民用戶室內提供熱量或者是工業供暖等。室內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。當前，國內外對采暖系統溫控閥的技術設計研究很多，基本上都是研究溫控閥的應用領域、性能和結構設計技術方面?？傮w而言，對于采暖系統溫控閥的應用研究中，通常都是將現代先進的計算流體動力學和傳統的實驗研究方法相互結合。

正如圖A所示，采暖系統溫控閥的主要功能和作用就是對系統中不同管路的冷流、熱流相互之間進行混合，這樣可以使其達到室內采暖系統指定的溫度。圖A中所示的感溫包，在其當中裝載著感溫蠟，而且是用橫膈膜將其進行嚴緊的密封措施，這樣它可以感應到出口流體的即時溫度。圖A中的導桿如果發生位移并接觸調節螺栓的最底部的時候，此時，調節螺栓的底部就會產生相當大的反推力，進一步的就會導致導桿被壓縮的復位彈簧所作影響到，從而產生兩個不同的推力作用。

采暖系統溫控閥溫性能驗證實驗

本次針對采暖系統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；溫控閥溫性能進行驗證實驗的方法；溫控閥溫性能實驗所需要的設備；然后就是進行實驗時的步驟；最后得出實驗的結果、結論。

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，以及熱水進口溫度對采暖系統溫控閥出口流體和壓力及其影響作用。以便更好的進行采暖系統安裝設計。

②溫控閥溫性能進行實驗的方法

基本方法就是將熱水入口時的溫度進行適當的改變，但是，溫控閥結構當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行觀察，通過這種觀察再進一步的進行研究，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構性能的影響和作用。

③溫控閥溫性能實驗設備

進行溫控閥溫性能驗證實驗的基本設備，主要包括：溫度計、熱水器、溫控閥、燒杯、相關的管道設施等。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℃。當然，以上都是在供水的階段，當出水的時候，整個水溫可以控制在25—50℃，把最穩定最安全的水體溫度控制在40℃。

④溫性能實驗步驟

前面的實驗設備也安裝設定好了，然后將溫控閥安裝到這個實驗模擬系統當中。其中，熱水應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，在實驗系統中將溫度調節到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溫性能實驗結果

如圖B所示：

圖B溫控閥出口溫度隨熱水溫度的正相關變化圖

采暖系統溫控閥數值模擬研究

采暖系統中溫控閥的結構種類有很多，現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，通過溫控閥內部的自動部件來自動調節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，對溫控閥內部流場進行數值模擬研究時，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行劃分，同時也要對冷流體入口的流量進行相應的劃分，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。溫控閥內部的介質可采用清水來代替，并采用標準的k—ε湍流模型，其中離散方程式的求解方法應采取非結構式的SIMPLE這種算法，也就是一階迎風格式，并設定溫控閥模型中熱水流體和冷水流體的入口速度，可設定為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定為320K。

關于計算結果和研究分析：

之前設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。

參考文獻：

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