導(dǎo)語(yǔ)：水蓄冷模擬管理論文一文來(lái)源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要：本文介紹了溫度分層型水蓄冷的模擬研究。闡述了計(jì)算模型、計(jì)算條件和計(jì)算結(jié)果。分析了溫度分層型水蓄冷的斜溫層在充冷和釋冷過(guò)程中的特點(diǎn)，討論和評(píng)價(jià)了殘留斜溫層的影響。對(duì)不同蓄冷溫度差與斜溫層進(jìn)行了對(duì)比和回歸分析，特別是定量分析了不同流速對(duì)斜溫層的影響。本研究對(duì)溫度分層型水蓄冷的設(shè)計(jì)和工程應(yīng)用提供了參考。

關(guān)鍵詞：水蓄冷溫度分層型斜溫層

0引言

在城市現(xiàn)代化建設(shè)過(guò)程中，用電結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，表現(xiàn)在電網(wǎng)峰谷差加大，造成白天高峰電力緊張，夜間電量需求不足的矛盾。由于空調(diào)用電在總電力負(fù)荷中的比例不斷增加，空調(diào)蓄冷技術(shù)對(duì)城市電網(wǎng)的“削峰填谷”效果越來(lái)越重要。空調(diào)蓄冷技術(shù)就是利用蓄冷介質(zhì)的顯熱或潛熱特性將冷量?jī)?chǔ)存起來(lái)，供應(yīng)電網(wǎng)高峰時(shí)段全部或部分空調(diào)負(fù)荷，少開或不開制冷機(jī)。

水蓄冷是空調(diào)蓄冷的重要方式之一，利用水的顯熱儲(chǔ)存冷量，發(fā)達(dá)國(guó)家已進(jìn)行了較長(zhǎng)時(shí)間的研究和應(yīng)用。水蓄冷儲(chǔ)槽的類型有多槽混合型、溫度分層型、隔膜型等，實(shí)踐證明，溫度分層型（垂直流向型）和串連混合型（水平流向型）最簡(jiǎn)單有效。溫度分層型水蓄冷是利用水在不同溫度時(shí)密度不同這一特性，依靠密度差使溫水和冷水之間保持分隔，避免冷水和溫水混合造成的熱量損失。水在4℃左右時(shí)的密度最大，隨著水溫的升高密度逐漸減小，利用這一特性，使溫度低的水儲(chǔ)存于槽的下部，溫度高的水位于儲(chǔ)槽的上部。設(shè)計(jì)良好的溫度分層型水蓄冷槽在上部溫水區(qū)與下部冷水區(qū)之間形成并保持一個(gè)斜溫層。一個(gè)穩(wěn)定而厚度適宜的斜溫層是提高蓄冷效率的關(guān)鍵。

在溫度分層型水蓄冷儲(chǔ)槽中，為了使水以重力流或活塞流平穩(wěn)地導(dǎo)入槽內(nèi)（或由槽內(nèi)引出），其關(guān)鍵是須在儲(chǔ)槽的冷溫水進(jìn)出口處設(shè)置布水器，以確保水流在儲(chǔ)槽內(nèi)均勻分配，擾動(dòng)小。

1模型建立

1.1單元模型

如圖1，是一個(gè)由7個(gè)布水口組成的單元體。

圖1單元模型

1.2計(jì)算條件

（1）初始條件

充冷過(guò)程：蓄冷罐內(nèi)充滿12.5℃溫水。充冷開始后，4℃冷水自底板布水口流入，12.5℃溫水自頂板布水口流出。

釋冷過(guò)程：蓄冷罐內(nèi)充滿4℃的冷水。釋冷開始后，12.5℃的溫水自頂板布水口流入，4℃冷水自底板布水口流出。

（2）邊界條件

單元模型與相鄰單元間沒有熱量交換，為絕熱邊界條件。

2計(jì)算結(jié)果

2.1充冷過(guò)程

充冷開始階段底板附近流場(chǎng)和溫度場(chǎng)分布如圖2、3所示。4℃冷水流入水蓄冷罐時(shí)，布水口處流速最大，離開布水口后流速迅速減小。在本文的計(jì)算條件下，充冷開始階段底板附近斜溫層厚度為0.49米。圖4為斜溫層厚度隨充冷時(shí)間增加的變化曲線，可以看出，斜溫層的厚度是隨著充冷時(shí)間的增加而增大的。

2.2釋冷過(guò)程

釋冷過(guò)程水蓄冷罐內(nèi)流場(chǎng)及溫度場(chǎng)分布與充冷過(guò)程相似。由于充冷過(guò)程結(jié)束應(yīng)以斜溫層完全移出水蓄冷罐、罐內(nèi)充滿4℃冷水為標(biāo)志，而釋冷過(guò)程的出口冷水溫度高于4℃時(shí)即結(jié)束，因此充冷和釋冷過(guò)程所需時(shí)間并不相同，充冷過(guò)程需要更長(zhǎng)的時(shí)間。

2.3殘留斜溫層的影響

（1）釋冷完成度的影響

通常認(rèn)為，當(dāng)釋冷過(guò)程的冷水出口溫度高于規(guī)定溫度時(shí)，釋冷過(guò)程即告結(jié)束。但此時(shí)水蓄冷罐內(nèi)尚殘留有一個(gè)厚度為最大值的斜溫層。如果立即開始下面一個(gè)充冷過(guò)程，殘留斜溫層將導(dǎo)致充冷過(guò)程中斜溫層的初始厚度不為0，且為殘留斜溫層的厚度。圖5分別示出釋冷5.5小時(shí)和6小時(shí)后再充冷時(shí)斜溫層的厚度曲線，可以看出，殘留斜溫層造成充冷過(guò)程斜溫層厚度顯著增加。但是，隨著充冷時(shí)間增加，這種影響呈逐漸弱化的趨勢(shì)。

圖2底板附近的速度場(chǎng)

圖3底板附近的溫度場(chǎng)圖4充冷過(guò)程的斜溫層

（2）充冷完成度的影響

同樣地，由于充冷不完全也會(huì)造成其后的釋冷過(guò)程斜溫層厚度增大。充冷完成度越高，殘留斜溫層越少，對(duì)釋冷過(guò)程影響越小（圖6）。

3通過(guò)罐壁的熱量傳遞分析

本文定量分析了通過(guò)罐壁的熱量傳遞對(duì)水蓄冷罐內(nèi)斜溫層的影響及其所造成的熱量損失。采用二維平面計(jì)算模型（如圖7），環(huán)境、保溫層、罐壁、冷水等的溫度通過(guò)計(jì)算耦合確定。計(jì)算結(jié)果見圖8。從圖中可以看出，由于保溫層的設(shè)置，環(huán)境溫度對(duì)罐內(nèi)冷水的影響被有效地限制在很小的范圍。

4不同運(yùn)行條件對(duì)斜溫層的影響

4.1斜溫層與蓄冷溫差

如表1，改變蓄冷水進(jìn)出口溫度差，計(jì)算結(jié)果如圖10。由于蓄冷溫差減小，斜溫層厚度也隨之有所減小。根據(jù)計(jì)算結(jié)果對(duì)斜溫層厚度與進(jìn)出水溫差進(jìn)行了多項(xiàng)式回歸分析，如式（1）、（2）。

圖8罐壁附近溫度場(chǎng)分布?

斜溫層最大值的多項(xiàng)式回歸：

y=–0.0013x3+0.0159x2+0.1248x+1.4381（1）(R2=0.9987)

斜溫層平均值的多項(xiàng)式回歸：

y=-0.001x3+0.0143x2+0.0343x+0.9622（2）(R2=0.9988)

表1進(jìn)出口溫度設(shè)定值序號(hào)進(jìn)口溫度出口溫度蓄冷溫差

14℃8℃4℃

24℃9℃5℃

34℃10℃6℃

44℃11℃7℃

54℃12.5℃8.5℃

64℃13℃9℃

74℃14℃10℃

84℃15℃11℃

圖10斜溫層厚度與溫差

4.2斜溫層與布水口流速

改變布水口流速的工程意義是加快蓄冷或釋冷速度。如將布水口流速增加一倍，則蓄冷或釋冷所需時(shí)間將隨之縮短一半；將布水口速增大到4倍，則蓄冷或釋冷所需時(shí)間將縮短為1/4。圖11為不同布水口流速條件下的斜溫層厚度計(jì)算結(jié)果。斜溫層厚度與布水口水流速的多項(xiàng)式回歸分析如式（3）、（4）。

圖11斜溫層厚度與布水口流速

斜溫層最大值的多項(xiàng)式回歸：

y=–926.92x3+120.9x2+6.7355x+2.5382（3）(R2=0.9996)

斜溫層平均值的多項(xiàng)式回歸：

y=–2019.9x3+343.63x2-7.3244x+1.6224（4）(R2=0.9885)

5結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)溫度分層型水蓄冷的模擬計(jì)算，得到以下主要結(jié)論。

（1）合理設(shè)計(jì)的大型水蓄冷罐可以實(shí)現(xiàn)良好且穩(wěn)定的溫度分層。

（2）雖然斜溫層的初始厚度較小，但隨著充冷或釋冷時(shí)間的增加，斜溫層厚度也隨之增大。

（3）充冷和釋冷所需時(shí)間并不相同，充冷過(guò)程需要更長(zhǎng)時(shí)間。

（4）斜溫層厚度隨進(jìn)出口溫差增加而增大。

（5）良好的罐體保溫結(jié)構(gòu)，可以將環(huán)境溫度對(duì)罐內(nèi)冷水的作用范圍及熱損失控制在較小范圍。

（6）布水口流速增大時(shí)，斜溫層厚度也隨之增大。

（7）殘留斜溫層導(dǎo)致下面一個(gè)過(guò)程的斜溫層初始厚度不為0，降低蓄冷罐效率。

參考文獻(xiàn)

1嚴(yán)德隆，張維君.空調(diào)蓄冷應(yīng)用技術(shù).中國(guó)建筑工業(yè)出版社.

2（社團(tuán)法人）空氣調(diào)和·衛(wèi)生工學(xué)會(huì).蓄熱式空調(diào)システム基礎(chǔ)と應(yīng)