四通混水器工況實驗研究

1、四通混水器工況實驗研究哈爾濱工業(yè)大學 謝鑫 趙華摘要 四通混水器是供熱系統(tǒng)與用戶的連接設備，供熱系統(tǒng)通過四通混水器與熱用戶連接，實現(xiàn)供熱系統(tǒng)供水溫度分棟可調(diào)的供熱方式。本文通過實驗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)律分析該設備的調(diào)節(jié)性能能，并且得出設備的調(diào)節(jié)曲線。關鍵詞 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)與熱用戶的連接設備，由哈爾濱工業(yè)大學熱能工程系研發(fā)1，并設計加工系列實驗樣品用于實驗研究。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)格樣品的實驗結果及分析結論。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

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)側阻力變化很小，而且熱網(wǎng)側流量不變，所以能夠把用戶側與熱網(wǎng)側從水力工況隔離開，從而實現(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構可以看出，四通混水器之所以能夠調(diào)節(jié)系統(tǒng)的混水比，是由于通過導流板的分流作用，能夠調(diào)節(jié)一次網(wǎng)供水進入到二次網(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。利用實驗數(shù)據(jù)計算公式如下： 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 實驗內(nèi)容介紹下面介紹針對四通混水器的實驗情況，四通混水器的實驗主要從四通混水器水力特性，熱力特性，分水特性三個角度來進行實驗分析。2.1 水力特性四通混水器能夠?qū)崿F(xiàn)把一次側和二次側在水力工況上分開，形成相互不影響的兩個系統(tǒng)，在實驗臺上驗證這一特性，驗證導流板的調(diào)節(jié)會不會影響系統(tǒng)的穩(wěn)定。2.2 熱力特性通過導流板的調(diào)節(jié)，四通混水器能夠?qū)崿F(xiàn)不同的用戶側供水溫度，從而滿足用戶的不同需求，在實驗中，測量用戶側溫度隨著導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重要特性，這個特性不隨實驗工況的影響，僅僅與導流板的角度有關系，在不同的工況下，通過實驗數(shù)據(jù)計算出分水比的值，繪制不同導流板角度下的分水比曲線變化。3 實驗臺介紹實驗裝置：哈爾濱工業(yè)大學市政環(huán)境工程學院供熱系統(tǒng)多功能實驗平臺。其原理圖見如圖3所示。哈爾濱工業(yè)大學供熱系統(tǒng)多功能實驗臺是一個具備國內(nèi)領先水平的實驗平臺，利用一臺雙壓縮機熱泵自己作為冷熱源，擁有五個模擬用戶，并且安裝有自動測量和傳輸數(shù)據(jù)的裝置，與計算機連接，提高了實驗效率。實驗臺有五個模擬用戶，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，涉及到了其他用戶，四通混水器所在的用戶為用戶3。該試驗臺能夠

5、實現(xiàn)供水溫度4550，回水溫度2530，供回水溫差可達到20左右。為了提高散熱器的散熱效率，實驗臺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，換熱溫差可達到25左右。圖 3 供熱多功能實驗臺原理圖4 實驗數(shù)據(jù)分析圖 4 導流板角度示意圖圖4是四通混水器角度調(diào)節(jié)示意圖，標有數(shù)字的位置即為該數(shù)字對應的調(diào)節(jié)角度。下面實驗數(shù)據(jù)中所提及的角度位置，都以上圖為準。4.1 水力工況在實驗設計中，分別設計了三種流量工況，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，結果如圖5至圖7所示。圖 5 小流量下導流板調(diào)節(jié)對系統(tǒng)壓力的影響圖 6 中等流量下導流板板調(diào)節(jié)對系統(tǒng)壓力的影響圖 7 大流量下導流板調(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)導流板角度，系統(tǒng)壓力均保持穩(wěn)定。驗證了四通混水器能夠?qū)崿F(xiàn)把一次側和二次側在水力工況上分開，形成相互不影響的兩個系統(tǒng)， 4.2 熱力工況4.2.1 G1=G2的情況下，導流板從-15度到15度時，各個溫度值隨導流板角度變化情況如圖8所示。圖 8 G1=G2工況各個溫度值變化情況4.2.2 G1>G2的情況下，導流板從-15度到15度時，各個溫度值隨導流板角度變化情況

7、如圖9所示。圖 9 G1>G2工況各個溫度值變化情況4.2.3 G1<G2的情況下，導流板從-15度到15度時，各個溫度值隨導流板角度變化情況如圖10所示。圖 10 G1<G2工況各個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論，由于一二次網(wǎng)流量不同導致的導流板兩側的壓力不同，從而發(fā)生了側漏現(xiàn)象。通過側漏，混水器內(nèi)的壓力實現(xiàn)自力式平衡，從而能夠使系統(tǒng)壓力在導流板調(diào)節(jié)過程當中保持穩(wěn)定。當導流板角度小于15度時，由于一二次網(wǎng)的循環(huán)流量不同，如果密封性好的話，理論上導流板在這些角度范圍內(nèi)變化，會使得導流板兩側的進流量和出流量不相等。所以實際系統(tǒng)運行時，混水器

8、內(nèi)必然會出現(xiàn)壓力的不穩(wěn)定。但是從實驗結果來看，兩側流量變化并不是很明顯，變化量幾乎可以忽略不計。從制作工藝和導流板結構來看，很有可能是在壓差的驅(qū)使下，發(fā)生側漏的現(xiàn)象。再通過觀察供回水溫度的變化，在導流板角度為度時，一次網(wǎng)的回水溫度比二次網(wǎng)回水溫度高達4，這可以進一步說明了側漏的發(fā)生。由于側漏，溫度高的熱水通過導流板與筒體之間的間隙滲透到另一側，提高了一次網(wǎng)回水溫度。4.3 分水比4.3.1 G1=G2時工況時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工況時分水比變化曲線如圖12。圖 12 G1>G2時分水比的變化曲線當G1>G2時，一次

9、網(wǎng)供水不能全部進入用戶系統(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，從圖12曲線中也可以看出這一點。4.3.3 G1<G2工況時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參 數(shù)，與系統(tǒng)的運行工況關系不大，而可以作為四通混水器的固有特性，對于同一個設備而言，分水比僅僅與導流板的角度有關系。5 小結本文主要介紹了四通混水器作為一種新型的供熱輔助設備的工作原理與特性，通過水力工況和熱力工況的實驗測定，得出四通混水器能夠很好的應用于供水溫度分棟可調(diào)的供熱系統(tǒng)當中的結論，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備特性的參數(shù)分水比，繪制出了分水比隨導流板角度變