新型自然分层型水蓄冷槽内温度分布

水蓄冷系统之自然分层蓄冷系统水蓄冷系统是目前比较常见的一种节能型空调系统，它利用低峰时段电力进行夜间制冷，将冷水储存在蓄冷槽中，然后在白天利用这些冷水进行空调冷却，从而达到节能的目的。

而自然分层蓄冷系统则是一种新型的水蓄冷系统，它以自然对流的形式将水分层，实现更高效的制冷。

自然分层蓄冷系统的基本原理自然分层蓄冷系统采用的是一种新型的储冷槽，它在槽的内部设置一组垂直固定的流道板，将槽内的水分割成多个相互独立的垂直流道。

当蓄冷槽内的水被冷却后，不同温度的水就会因密度的差异产生自然对流，从而形成一种从低温到高温的自然分层。

在日间使用这些储存在蓄冷槽中的冷水时，通过设置水流的进出口，使得进口水流深入到低温层并循环，从而实现高效的冷却效果。

与传统的储冷槽相比，自然分层蓄冷系统的特点在于：不同温度的水被分层储存在同一个储冷槽中，而且在冷却过程中不需要额外的电力或机械设备，只需要利用自然对流的能力就能够实现高效的冷却效果。

因此，自然分层蓄冷系统的节能效果更为明显，而且运行成本更低。

自然分层蓄冷系统的优点相对于传统的储冷槽，自然分层蓄冷系统具有以下的几个优点：1. 节能性能更优自然分层蓄冷系统利用水的自然对流实现分层储冷，不需要额外的动力设备，再加上白天使用时只需利用之前储存在槽内的冷水就能够达到制冷效果，节能的效果更为明显。

2. 运行成本更低由于自然分层蓄冷系统运行过程中不需要用到额外的机械设备，而且夜间激活系统也只需要很少的电力，运行成本更低。

3. 环保性能更优从环保的角度来看，自然分层蓄冷系统比传统的空调更加环保和健康。

由于不需要额外的动力设备，因此系统排放的废气更少；同时，这种系统不会产生过多的噪声和震动，更加安静。

4. 可维护性更强自然分层蓄冷系统的维护成本也要低于传统的储冷槽，因为它不需要额外的动力设备，所以需要维护和更换的零部件也会减少。

总结自然分层蓄冷系统，是基于自然对流原理设计的一种新概念的水蓄冷系统。

水蓄冷系统自然分层储水池布水系统设计一、工程概况本工程位于四川省成都市的一套错峰运行热回收空调系统，蓄水池采用的是现浇钢筋混凝土水池，形状为方形。

二、蓄冷形式的选择考虑经济适用性能以及建造施工难度，本蓄冷系统采用自然分层水蓄冷形式。

三、蓄冷池布水系统的设置自然分层系统主要是利用冷热水密度的不同，使温度低的冷水向下运动，温度高的热水向上运动，从而实现冷热水的分层。

从热力学原理我们可以知道，两个温度不同的物体放在一起它们之间会有热传递，我们的蓄冷池水层也一样，会在冷热水层中间形成一个温度过度层，我们叫它斜温层，这个斜温层一方面会把我们的冷水冷量传递给热水（由于传递速率不大，冷量流失不多），另一方面又能起到一个冷热区域隔离的作用，因此蓄冷效果的好坏直接受到斜温层的影响，斜温层越稳定，那么我们的冷热区域热量混合就越少，所以自然分层蓄水池的关键是在冷热水层间建立稳定的斜温层。

1、布水管路系统的形式选择本工程的储水池为方形，根据国内外实际运行经验，选择H型布管形式更加有效，因此我方对本工程也采用H型的布管形式，如下图所示：布水器分为上下两层，上部为热水的进出口，下部为冷水的进出口，为了防止有压水扰动斜温层，冷水布水器的出水孔设置在管道的下部，热水布水器的出水孔设置在管道的上部，出水孔的宽度一般控制在管道圆周的90°—120°范围内，如下图所示：冷水出水孔热水出水口2、布水器的设计计算由于蓄冷系统的冷热水温度相差不大，通常小于20℃，所以水的密度差不大，形成的斜温层不是很稳定，因此要求布水器出口的水流速度足够小，以免造成对斜温层的扰动破坏，那么我们就需要一个适当的Fr 数以及Re 数，来保证斜温层的稳定，根据国内外经验，要保证维持稳定的斜温层，Fr ≤2,Re=(240—280)，具体的计算式及各参数的含义如下： Fr=[]2/)21(g /ρρρ-h L Q其中Q 为进口最大流量，m ³/h ，g 为重力加速度，9.8m/s2，h 为最小进水口高度，mρ1为进口水密度，Kg/m ³， ρ2为储水池内水密度，Kg/m ³，L 为布水器的有效长度，m 。

自然分层布水器
这两天在网上看了几篇国内研究“自然分层水蓄冷槽布水器”的论文，有了初步的理解，关于“自然分层布水器”的设计，觉得可从以下几个方面来考虑：
一、布水器的分类：八角型布水器、径向圆盘型布水器、直线型布水器，结构详见下图所示：
A）八角型布水器/径向圆盘型布水器一般适用于圆柱型水槽，在水槽中的布置如下图：
B）对于“方型槽”较适合用直线型布水器，其结构如下图所示：
C）为优化保障分层效果，可在上部采用加均流孔板的方式对布水器进行优化，结构详见下图：
二、布水器的设计计算；
按照国外的一些研究理论，斜温层形成后的布水器入口侧混合取决于Fr和Re，Re 的推荐值为100～850，Fr应小于2；但也有不同的结论，并没有形成定论，因此很难放心使用这些计算数据来设计；可参考下面很多学术论文上的研究设计（为保证效果，可在上部加设均流孔板）；。

自然分层型蓄冷罐中布水头形状对斜温层的影响：CFD研究自然分层型水蓄冷中布水器，如何均匀出水一直是斜温层能否快速稳定形成的关键。

为此，一些企业发明了360°防扰动隔板式布水头作为最后一道防扰动措施，但是对于隔板数及底板形状还没有一定研究，什么样的布水头最优值得探讨。

文章就单个布水头的方形和圆形底板及六道隔板和八道隔板在fluent里分别进行数值模型并做比较，得出方形底板，隔板数为8时与理想情况最为接近。

标签：水蓄冷；数值计算；布水头；形状Abstract：How to distribute water evenly is the key to the rapid and stable formation of inclined temperature layer. For this reason，some enterprises have invented 360°anti-disturbance baffle head as the last anti-disturbance measure，but the number of partition plates and the shape of bottom plate have not been studied，and what kind of water distributor is optimal is worth discussing. In this paper，the numerical models of square and circular bottom plates with single water distributor and six and eight partitions in fluent are compared，and the square bottom plate is obtained. The partition number of 8：00 is the closest to the ideal condition.Keywords：water storage；numerical calculation；water distributor；shape1 概述自然分層型水蓄冷技术在近十年发展迅速，自然分层型顾名思义就是利用水在不同温度下密度不同而实现自然分层。

自然分层型水蓄冷槽布水器的模拟
胡国霞;于航
【期刊名称】《能源技术》
【年(卷),期】2007(028)004
【摘要】介绍了自然分层型水蓄冷技术的国内外研究现状,分析影响自然分层型水蓄冷槽蓄冷特性的主要因素.采用CFD商业模拟软件FLUENT6对三种不同类型的布水器建立模型,模拟其充冷过程中的温度分布和速度场,并进行比较分析,优化布水器的设计.
【总页数】5页(P237-240,243)
【作者】胡国霞;于航
【作者单位】同济大学暖通空调及燃气研究所,上海,200092;同济大学暖通空调及燃气研究所,上海,200092
【正文语种】中文
【中图分类】TU831.6
【相关文献】
1.自然分层型蓄冷罐中布水头形状对斜温层的影响:CFD研究 [J], 冀思哲
2.新型H型水蓄冷布水器的设计与数值模拟研究 [J], 王子烨;黄凤苗;郭盛祯
3.新型H型水蓄冷布水器的设计与数值模拟研究 [J], 王子烨;黄凤苗;郭盛祯;
4.温度分层型水蓄冷槽斜温层的动态特性模拟 [J], 穆迪;高乃平;朱彤;王春生;姚博
5.温度分层型水蓄冷槽布水器的斜温层试验分析 [J], 胡国霞
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伞骨型布水器在自然分层蓄冷罐中的应用及数值模拟作者：陈健张建敏郑洋来源：《建筑与装饰》2017年第07期摘要介绍了数据中心蓄冷罐应用的现状，分析了伞骨型布水器在自然分层型水蓄冷罐的蓄冷特性。

采用CFD商业模拟软件ANSYS-CFX15.0对伞骨型蓄冷罐的布水器建立模型，模拟其蓄冷和释冷过程中的温度分布场，并进行比较分析，优化布水器的设计。

关键词数据中心；水蓄冷；布水器引言在空调水蓄冷系统设计中，自然分层蓄冷，最重要的环节之一是蓄冷罐布水器的设计。

一个蓄冷性能好的蓄冷罐布水器，应具有“活塞式”的流动特性，即尽量使罐内水流接近层状流动，避免不同温度水体间的混合，这是提高蓄冷效率的关键所在。

因此，如何使蓄冷罐获得最佳的水流特性，是广大水蓄冷空调应用企业所关心的问题，也是水蓄冷空调领域综合节能减排系统事业的广大工程技术人员研究的课题。

1 技术介绍为了获得最佳的水流特性，尽可能压缩斜温层的厚度，增加蓄冷罐有效蓄冷容积，蓄冷罐一般选用八角形、径向圆盘形或H形等平面型的布水器。

这种蓄冷罐结构设计虽然可以有效减小斜温层的厚度，但是受到布水器位置和结构形式的制约，蓄冷罐的有效蓄冷容积并没有得到显著的提高，反而导致上下封头内部存在水流死区，且温度死角问题在释冷和蓄冷过程中，很难避免和解决，随着时间的推移，温度死区的范围会逐渐扩大，严重影响整个蓄冷罐的有效蓄冷容积。

针对上述问题，市面上出现了一种伞骨型蓄冷罐布水器，该布水器一端与进出水口相连，另一端封闭，并与蓄冷罐封头有一定距离。

在集水管侧壁上设有均布的3-8个通孔，每个通孔各与一根弧形布水支管固定端相连，该布水支管与罐体拱形封头内表面曲率基本相同且与其有一定距离，每根布水支管另一端均为自由端，使该布水器呈伞骨形。

在布水器支管及连接管上均设有出水孔[1]。

2 模型①布水总管采用DN150管径，在布水总管顶部经过变径后变为DN200管头。

②布水支管与罐体拱形封头内表面曲率基本相同且与其有一定距离，一般在0.1m左右，每根布水支管另一端均为自由端，使该布水器呈伞骨形，布水支管的自由端与圆柱形壳体的上端或下端对应。

自然分层水蓄冷技术华东工业大学能源工程研究所殷亮* 刘道平*200093 上海市军工路516号28号信箱1、水蓄冷的方法水蓄冷是利用水的显热实现冷量的储存。

因此，一个设计合理的蓄冷系统应通过维持尽可能大的蓄水温差并防止冷水与热水的混合来获得最大的蓄冷效率。

在水蓄冷技术中，关键问题是蓄冷罐的结构形式应能防止所蓄冷水与回流热水的混合。

为实现这一目的，目前常用的有以下几种方法：1.1多蓄水罐方法。

将冷水的热水分别储存在不同的罐中，以保证送至负荷侧的冷水温度维持不变，多个蓄水罐有不同的连接方式，一种是空罐方式。

如图1a，它保持蓄水罐系统中总有一个罐在蓄冷或放冷循环开始时是空的。

随着蓄冷或放冷的进行，各罐依次倒空。

另一种连接方式是将多个罐串联连接或将一个蓄水罐分隔成几个相互连通的分格。

如图1b，图中示出蓄冷时的水流方向。

蓄冷时，冷水从第一个蓄水罐的底部入口进入罐中，顶部溢流的热水送至第二个罐的底部入口，依次类推，最终所有的罐中均为冷水；放冷时，水流动方向相反，冷水由第一个罐的底部流出。

回流热水从最后一个罐的顶部送入。

由于在所有的罐中均为热水在上、冷水在下，利用水温不同产生的密度差就可防止冷热水混合。

多罐系统在运行时其个别蓄水罐可以从系统中分离出来进行检修维护，但系统的管路和控制较复杂，初投资和运行维护费作较高。

1.2迷宫法。

采用隔板把水蓄水槽分成很多个单元格，水流按照设计的路线依次流过每个单元格。

图2所示为迷宫式蓄水罐中水流的路线。

迷宫法能较好地防止冷热水混合。

但在蓄冷和放冷过程中有一个是热水从底部进口进入或冷水从顶部进口进入。

这样易因浮力造成混合；另外，水的流速过高会导致扰动及冷热水的混合；流速过低会在单元格中形成死区，降低蓄冷系统的容量。

1.3自然分层法。

利用水在不同温度下密度不同而实现自然分层。

系统组成是在常规的制冷系统中加入蓄水罐，如图3a所示。

在蓄冷循环时，制冷设备送来的冷水由底部散流器进入蓄水罐，热水则从顶部排出，罐中水量保持不变。