風力黏性摩擦熱水器加熱性能的CFD仿真分析

易 郴，馬慶芬，李 萌

(海南大學，海南海口 570228)

風力黏性摩擦熱水器加熱性能的CFD仿真分析

易 郴，馬慶芬，李 萌

(海南大學，海南?？?570228)

提出一種直接將風能轉化為摩擦熱能的新型環(huán)保節(jié)能熱水器——風力黏性摩擦熱水器，分析了其結構和工作原理。借助CFD軟件建立二維軸對稱旋轉湍流模型，對風力黏性摩擦熱水器內2種流體的流動、傳熱過程進行了模擬，驗證了其實現(xiàn)熱水功能的可行性，并與風機進行了功率匹配。利用所建CFD模型數(shù)值研究了黏性摩擦熱水器關鍵參數(shù)對加熱性能的影響，結果表明：增大黏性摩擦熱水器摩擦碟片半徑、轉速和硅油黏度，減小入口水流量，可以提高黏性摩擦換熱器的加熱性能，該結果對風力黏性摩擦熱水器實際應用時結構參數(shù)和操作參數(shù)的確定具有指導作用。

熱水器；風能；黏性摩擦；CFD仿真

1 前言

熱水器是工業(yè)生產(chǎn)及家庭生活熱水供應的必需設備，從20世紀90年代開始，我國就制定了電熱水器的相關標準GB 4706.11和GB 4709.12，電熱水器開始在我國迅速發(fā)展，但是其電能的消耗會引起較高的運行成本[1]。燃氣熱水器成本低廉、加熱迅速，但仍需消耗化石能源，并且易產(chǎn)生有毒氣體，存在安全隱患[2]。近10年來，太陽能熱水器獲得了迅猛發(fā)展，但是太陽能熱水器局限性較大，在太陽能資源豐富的西北、華北地區(qū)，太陽能熱水器成本較低，而在太陽能缺乏的西南地區(qū)，成本較高，不宜全國范圍內推廣[3,4]。19世紀初，英國物理學家J P Joule提出了“通過改變可壓縮流體的壓力使其溫度變化”的原理，人們將這一原理應用到熱水器上，發(fā)明了空氣能熱水器?！?br>