热泵热水器蓄热水箱的数值模拟与结构优化.pdf

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1、７６　　　　　　　　　　　　　　ＦＬＵＩＤＭＡＣＨＩＮＥＲＹ　　　　　　　　　　　Ｖｏｌ４２，Ｎｏ．４，２０１４文章编号：　１００５－０３２９（２０１４）０４－００７６－０５热泵热水器蓄热水箱的数值模拟与结构优化吕传超，李瑛，刘颖，王融，鄂晓雪，颜帆（上海理工大学，上海２０００９３）摘要：利用ＡＮＳＹＳ数值模拟软件中的ＩＣＥＭ和ＦＬＵＥＮＴ模块对静态加热式热泵热水器蓄热水箱内温度场和速度场进行了模拟计算，研究分析了不同的盘管直径及位置对水箱内部速度场与温度场的变化的影响，在此基础上提出了一个有关于冷凝盘管结构改进的

2、优化方案。关键词：热泵热水器；蓄热水箱；数值模拟；结构优化中图分类号：　ＴＨ３；ＴＨ１２　　　　文献标志码：　Ａ　　　　ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００５－０３２９．２０１４．０４．０１６ＮｕｍｅｒｉｃａｌＳｉｍｕｌａｔｉｏｎａｎｄＣｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎＯｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｏｆａＨｏｔＷａｔｅｒＳｔｏｒａｇｅＴａｎｋｏｆＨｅａｔＰｕｍｐＷａｔｅｒＨｅａｔｅｒＬＶＣｈｕａｎｃｈａｏ，ＬＩＹｉｎｇ，ＬＩＵＹｉｎｇ，ＷＡＮＧＲｏｎｇ，ＥＸｉａｏｘｕｅ，ＹＡＮＦａｎ（ＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｈａｎｇ

3、ｈａｉｆｏｒＳｃｉｅｎｃｅ＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｓｈａｎｇｈａｉ２０００９３，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：　ＴｈｅｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｆｉｅｌｄａｎｄｖｅｌｏｃｉｔｙｆｉｅｌｄｏｆａｈｏｔｗａｔｅｒｓｔｏｒａｇｅｔａｎｋｏｆｓｔａｔｉｃｈｅａｔｉｎｇｔｙｐｅｈｅａｔｐｕｍｐｗａｔｅｒｈｅａｔｅｒｗｅｒｅｃｏｎｄｕｃｔｅｄｗｉｔｈｔｈｅＩＣＥＭａｎｄＦＬＵＥＮＴｍｏｄｕｌｅｉｎＡＮＳＹＳｓｏｆｔｗａｒｅ．Ｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔｄｉａｍｅｔｅｒａｎｄ

4、ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｌｏｃａｔｉｏｎｃｏｎｄｅｎｓｅｒｃｏｉｌｓｗｅｒｅｓｔｕｄｉｅｄ．Ｂａｓｅｄｏｎｔｈｅａｎａｌｙｓｉｓ，ａｎｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎｏｆｃｏｎｄｅｎｓｅｒｃｏｉｌｗａｓｐｒｅｓｅｎｔｅｄ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：　ｈｅａｔｐｕｍｐｗａｔｅｒｈｅａｔｅｒ；ｈｏｔｗａｔｅｒｓｔｏｒａｇｅｔａｎｋ；ｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ；ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ［７］１　前言化研究。ＲｅｊａｎｅＤｅＣｅｓａｒｏＯｌｉｖｅｓｋｉ等对圆柱形水箱进行了一维和二维建

5、模后，对其进行了模拟［８］空气源热泵热水器是通过压缩机做功、吸收以及实验研究。分析了水箱内各点的水温随［１～４］环境空气中的热量来制取热水的热泵装置。时间的变化规律，得出了不同雷诺数下的温度分其蓄热水箱是整个系统能否成功运行的关键，也布曲线和浮力大小曲线等，在此基础上Ｈｕｉｍｉｎ［９］是影响系统节能性的重要部件。近年来，国内外Ｊｉａｎｇ等则进行了更详细的研究，得出了不同的许多学者对蓄热水箱做了一系列的研究，以期提时间内，水箱内不同位置对应的温度也不同。王高系统的运行效率，达到节能目的。祥等对热泵热水器蓄热水箱内的速度

6、场、温度场於慧姝等对长方体形、圆柱形以及球形蓄热及热流密度分布进行了数值模拟，得出温度场与［１０］水箱进行分析，得出在相同条件下球形的水箱漏速度场相互耦合能促进水温分布的均匀性。［５］热热最小。ＭｉｓｕｎｇＫｉｍ等对空气源热泵热水张后雷等介绍了新型往复流动加热双水箱空气源系统的热力学性质进行了研究，表明在对具体的热泵热水器的组成与工作过程，通过实验在理论［１１］热泵热水系统的设计中存在着一个最佳的水箱容上验证其方案的可行性。［６］积。刘志国等建立了采用沉浸式冷凝盘管的本文借助ＡＮＳＹＳ软件中的相关模块，对不同卧式水箱

7、内部的水流动及换热的数学模型，从冷冷凝盘管的位置和形式下的静态加热式热泵热水凝盘管的长度及水箱径高比对箱内温度场的影响器蓄热水箱的流场和温度场进行了数值模拟，并２个方面对冷凝盘管及水箱的自身结构进行了优对冷凝盘管进行了优化。收稿日期：　２０１３－０９－０５　修稿日期：　２０１３－１１－０４基金项目：上海市重点学科建设资助项目（Ｓ３０５０３）２０１４年第４２卷第４期流体机械７７（２）水箱箱体壁面绝热，水箱内外没有热量２　沉浸式冷凝盘管及水箱物理模型的建立交换；（３）热泵热水器在加热过程中其冷凝温度不现今的热泵热水器产品

8、主要还是采用内部沉断变化，因此模拟中冷凝盘管表面温度按照变壁浸冷凝盘管的圆柱水箱，如图１所示的是２种不面温度条件设定，其温度随时间变化的规律可以同冷凝盘管结构的蓄热水箱。水箱为承压式结根据试验测试数据以多项式拟合的方式得到；构，净容积１００Ｌ，冷凝盘管材料为紫铜管，紫铜管（４）箱内水的流动为层流，自然对流要在Ｒａ１０１０管径为１０ｍｍ。＝１０左