分集水器阻力特性的试验研究

分集水器阻力特性的试验研究

林细勇

日丰企业（佛山）有限公司         广东佛山       528000

摘要：文章采用理论与实践结合的形式，对采暖分集水器的流量分配以及水力工况进行了系统性的分析，根据实验分析的结果可知：分集水器的支管当中，末端支管的流量占比最大，且末端支管流量占比较大的情况极为突出；分集水器的流量达到一定规模后，通过调节流量已经难以显著改变供暖表现，进入这一阶段后流量变化对散热面积的影响同样相对较小；随管道入口温度不断提高，管道入口以及出口位置的温差开始降低，管道长度不断延长的情况下，进出口位置的温差同样开始下降。

关键词：分集水 阻力测试 案例分析

引言

分集水器能够营造与自然环境更为接近的室内供热环境，能够提高居住者的体感舒适度。同时分集水器能够进一步提高热量的利用效率，避免热量无效浪费情况出现。然而采用分集水器时，管路方向变化以及用户数量变化，均能够对分集水器水力失调。本文对供热系统分集水器的阻力情况以及流动复杂性进行了分析，提出具有借鉴性的水力均衡性改善措施。

1 实验研究

1.1 实验说明

本文采用的实验系统如图1所示。

图1 实验系统以及结构说明

该系统包括供热系统、热交换系统、分集水器并联路系统以及测验系统。该实验系统由欧文托普提供，是新型的实验检测系统。系统热水供给包括生活热水供给以及太阳能热水供给两种形式，该实验系统各个子系统虽然具有一定的独立性，但整体处于集成状态下，因此设备之间的连接效果相对较好。本次实验选择该系统设备，不仅能够满足实验需求同样能够降低实验对环境的影响。

该系统采用的分集水器同样为欧文托普品牌提供的分集水器，是一种具有流量显示功能的不锈钢材质分集水器。本文采用的分集水器主管路的直径为DN32，支管路的直径为DN20，整个分集水器系统供给包括10个支管路。实验时需要沿着入口轴向，将所有支管分别命名为1号到10号，由于实验室环境相对较为有限，因此实验系统的规模与真实供热系统依然存在较大的差别。该系统1号支管路间距为200㎜，设计供热面积为1㎡，并以地暖的形式进行供热。其他支管路的长度同样为200㎜，在实验环境下通过在支管路增加闸阀为管路提供必要的阻力。本文实验系统采用的分集水器具有流量显示的功能，分集水器内部存在调节阀芯，分集水器在调节过程中能够直接显示流量变化情况。

本次实验检测的参数包括支路流量变化的情况，以及支路压差的变化情况。进行实验的主要目的在于明确分集水器的压力影响，本文所有实验均在常温常压环境下进行。

1.2 数据处理

为描述分集水器的阻力特征，本文需要引入η的概念，η为流量偏差系数，引入该系数能够反映不同支管路之间流量分配不均匀以及流量分布的偏差情况。η的表达公式为：

ηi=qi/qa（式1）

公式当中，ηi为流量的不均匀系数，qi为支管的质量流量，qa为质量流量的平均值。

设定分集水器出口位置压力为31Pa时，系统当中流量变化以及压差变化在阀门完全打开的情况下，如比表1所述。

表1 供热系统支路流量以及压差分布统计情况

在该系统当中，调节单根管线或部分管线后结果如下所述。

（1）只有一个支管变化时，由于阻力加大因此其他支管流量降低，改变支管为末端支管时其他支管流量降低能够达到5%以上，由此可见在所有支管当中末端支管的影响较为显著。（2）前端的流量调整对后端支管的影响相对较小，前端支管当中大部分发生改变时后端支管流量才会出现变化，而后端支管流量变化对前端支管流量的影响则相对较为显著。（3）系统当中仅20%支管流量变化时其他支管一般不会发生较大变化，其他支管平均变化幅度依然在15%左右，而其他支管最大变化幅度不会超过20%。（4）系统当中超过30%的支路流量发生变化后，系统所有支路流量均开始出现失调的情况，且部分支路变化幅度将超过主动变化支路流量的变化幅度，而系统主线流量不会出现较大的改变。

在较大比例支管线流量发生变化后，其他支管流量同样能够呈现出较小幅度的上升，总流量与阀门全开的状态相比则依然略小。

2 采暖系统水力工况分析

2.1 相对流量与地表散热量关系

采用分集水器的供热系统当中，调节管线水流量能够增加热水供给，并以此提高供热的温度。假定室内设定供热温度为16℃，当管线间距为300㎜时，供水以及回水管线之间的温度分别应当为50℃以及40℃，在瓷砖地面环境中供热系统的表面散热量约为128.6W/㎡，地表温度约为28.5℃。该假设条件下流量以及地表散热量的基本关系为：

（1）随流量加大地表散热量同样能够加大，在流量进入稳定区间后流量虽然依然能够形成影响，但影响变化已经不再显著。

（2）在供水温度相对较高的情况下，流量变化对地表散热量的影响更为显著，同时该种情况下温度可调节空间同样相对较大。

（3）管间距较小的情况下，管间距越小，流量变化对地表散热量的影响约为显著，且在管间距进一步缩小的情况下，流量变化的影响更为显著。

（4）加热管流量相对较小时，加大流量能够对地表散热量形成较大的影响，而加热管已经处于较大流量的情况下，进一步加大流量能够造成的影响则相对较为有限。

2.2 相对流量与室温关系

假定供水以及回水管线之间的温度分别应当为50℃以及40℃，室外温度分别为-5℃以及-9℃，室内设定供热温度为16℃，则相对流量以及室温关系对比研究的最终结果显示：

（1）在流量不断增大的情况下室内温度同样不断升高，流量较小的阶段流量变化对室内温度变化影响较大，在流量进入相对较为稳定的阶段后，流量加大不再会造成较为巨大的影响。根据对比分析的结果可知，在实际流量达到设计流量50%左右后，流量变化不再对室内温度产生较大影响。

（2）室内温度过低时，调整流量虽然能够对室内温度造成一定影响，但此时流量变化的影响相对较小。此时需要采用其他措施在一定范围内提高室内温度，在室内温度达到合理区间后才能够采用调整流量的措施进一步提高室内温度。

2.3 水管进出口温差

在供热系统供暖过程中供水管以及回水管的温差决定了供暖的热交换律，不同工况下供热系统的供热情况存在较大的差别。假定供水以及回水管线之间的温度分别应当为50℃以及40℃，供水管的直径为16㎜，则当管道内水流速度分别为0.3m/s、0.5m/s以及0.6m/s时，管道壁的温度分别为16℃、20℃、25℃以及28℃。在该设定条件下，不同工况研究结果如下所述。

入口温度50℃，流速0.5m/s，管道壁温度如上所述，管道长度分别为1m、2m、3m以及4m时，随着管长增加进出口的温差同样开始增加，且管长与温差的关系为公差递减的关系。当管道壁处于较高温度时，进出口的温差随管道壁温度的提升而降低，。

将入口温度分别设定为50℃以及60℃，设定管道长为1m，流速分别为0.3m/s、0.5m/s以及0.6m/s时，随着流量的加大管道进出口的温差开始减少，但减少的幅度相对较低；入口温度开始增加后进出口温差呈现扩大趋势。

结语

在分集水器的所有支路当中，末端支路水力占比最高因此对供热温度的影响同样最为显著。对使用分集水器的供热系统进行分析结果显示，在分集水器的实际流量达到一定范围后，流量变化对供热效果的影响开始出现显著的缩小，进入这一阶段后增加流量已经无法达到提高供热温度的效果。而供热系统供热管路的长度，对管路出入口的温差能够造成较大的直接影响。

参考文献

[1]付蔚然.严寒气候区轻型木结构的通水柱结构热工性能及结构优化研究[D].2020.

[2]景何仿,张凯,杨程,等.非淹没挺水植被水流特性试验研究[J].水力发电.2017,(12)：54-55.

[3]孙志林,郑佳芸,祝丽丽,等.沉水植物对水流结构与泥沙淤积的影响[J].浙江大学学报（工学版）.2021,(1)：19-20.

[4]郑佳芸.沉水植物对水流结构和泥沙淤积的影响[D].2020.

[5]赵帅印,江洧,倪培桐.芦苇类典型挺水植物对水流的影响模拟研究[J].广东水利电力职业技术学院学报.2017,(1)：258-259.