混水器內(nèi)部物理量場(chǎng)的數(shù)值模擬分析

曲云霞，王歡歡

（1.山東建筑大學(xué)熱能工程學(xué)院，山東濟(jì)南250101；2.可再生能源建筑利用技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東濟(jì)南250101；3.山東省可再生能源建筑應(yīng)用技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東濟(jì)南250101）

混水器內(nèi)部物理量場(chǎng)的數(shù)值模擬分析

曲云霞1，2，3，王歡歡1

（1.山東建筑大學(xué)熱能工程學(xué)院，山東濟(jì)南250101；2.可再生能源建筑利用技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東濟(jì)南250101；3.山東省可再生能源建筑應(yīng)用技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東濟(jì)南250101）

混水器中冷水和熱水混合的不均勻，會(huì)導(dǎo)致出水溫度的不恒定，混水器內(nèi)部物理量場(chǎng)的數(shù)值模擬分析能夠優(yōu)化冷、熱水混水器的結(jié)構(gòu)，使其在工程應(yīng)用上更加節(jié)能合理，從而實(shí)現(xiàn)降低能耗的目標(biāo)。文章基于Fluent軟件的RNG k—ε湍流模型，模擬了冷、熱水混水器內(nèi)部的三維流動(dòng)傳熱特性，通過(guò)對(duì)混水器內(nèi)部溫度場(chǎng)和壓強(qiáng)的分析，闡明了入口位置對(duì)其內(nèi)部?jī)?nèi)部物理量場(chǎng)及混合效果的影響。結(jié)果表明：入口速度較小為0.1 m／s時(shí)，三種模型的溫度分布圖較為接近；隨著入流速度的增大，對(duì)冷、熱水水平切向流入的模型1和模型2的出流溫度更加恒定，并趨于300 K，而冷熱水從上側(cè)流入的模型3的出流溫度則變得上下波動(dòng)不定；3種模型混合效果中，模型1的混合效果最佳，模型3的混合效果最差。

混水器；混合效果；物理量場(chǎng)；數(shù)值模擬

0 引言

隨著我國(guó)城市化進(jìn)程的加快，新建建筑也飛速增加，建筑內(nèi)各類設(shè)施日臻完善，建筑能耗不斷增大［1］。文章從研究混水器的冷、熱水混合規(guī)律與特性入手，來(lái)設(shè)計(jì)合理的入口位置，使冷、熱水混水器在工程應(yīng)用上更加節(jié)能合理，從而也能夠?qū)崿F(xiàn)降低能耗的目標(biāo)。冷、熱水混水器是一種通過(guò)機(jī)械或流體動(dòng)力把冷水和熱水混合在一起的全自動(dòng)洗浴水恒溫控制設(shè)備。但由于混水器中冷水和熱水混合的不均勻，往往會(huì)導(dǎo)致出水溫度的不恒定，外加上其內(nèi)部復(fù)雜的溫度場(chǎng)、速度場(chǎng)和壓強(qiáng)分布，因此備受研究者的廣泛關(guān)注［2］。

目前常用的解決流體流動(dòng)問(wèn)題的研究方法有：理論研究分析法、實(shí)驗(yàn)測(cè)量研究法和數(shù)值計(jì)算模擬仿真法［3］。理論分析方法要求對(duì)所研究的對(duì)象進(jìn)行簡(jiǎn)化和抽象，可以清晰看出各種影響因子，最終得到的理論解也具有精確性和普遍適用性的特點(diǎn)。理論分析方法是指導(dǎo)一切數(shù)值模擬計(jì)算方法和實(shí)驗(yàn)測(cè)量研究方法的理論基礎(chǔ)。實(shí)驗(yàn)測(cè)量方法需要耗費(fèi)大量的人力和財(cái)力，但是實(shí)驗(yàn)法所得的實(shí)驗(yàn)結(jié)果是最真實(shí)可信也是最直觀準(zhǔn)確的［4］。但是實(shí)驗(yàn)研究也往往受到外界條件的限制，比如測(cè)量精度、模型尺寸等等。而數(shù)值模擬研究方法恰好能夠克服了前面兩種研究方法所存在的缺點(diǎn)，以計(jì)算機(jī)為運(yùn)算工具，具有成本低、速度快的特點(diǎn)，通過(guò)計(jì)算機(jī)所建立的仿真物理模型可以形象地再現(xiàn)流動(dòng)情景，具有較強(qiáng)模擬真實(shí)情景的能力。

文章主要運(yùn)用的研究方法是數(shù)值計(jì)算模擬方法CFD（Computational Fluid Dynamics）。目前，CFD軟件被廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域的研究，具有廣泛的適用性和適應(yīng)性的特點(diǎn)，已經(jīng)廣泛地被各領(lǐng)域科研人員所應(yīng)用。CFD是一款在質(zhì)量守恒方程、動(dòng)量守恒方程、能量守恒方程控制下，把原來(lái)在空間域及時(shí)間域上連續(xù)的量場(chǎng)用一系列有限個(gè)離散點(diǎn)的集合來(lái)代替，在復(fù)雜的物理結(jié)構(gòu)下，對(duì)實(shí)際的流體流動(dòng)情況進(jìn)行“虛擬”數(shù)值模擬的軟件。同時(shí)也能夠?qū)α黧w流動(dòng)以及熱傳輸?shù)认嚓P(guān)物理現(xiàn)象進(jìn)行模擬分析［5］，以期在計(jì)算速度、精度方面達(dá)到最優(yōu)化。Fluent軟件最大的優(yōu)點(diǎn)是可以與幾何模型制作軟件Gambit軟件相結(jié)合，通過(guò)前處理軟件—Gambit軟件所建立的模型以及設(shè)定的邊界定解條件，再導(dǎo)入后期處理軟件Fluent中，進(jìn)行運(yùn)算模擬，直至得到模擬結(jié)果。文章通過(guò)Fluent前期處理軟件—Gambit軟件，建立了三種不同混水器的物理模型，研究了不同入口位置在入口速度不同時(shí)混水器內(nèi)部的流場(chǎng)以及溫度場(chǎng)分布，并對(duì)其混合效果進(jìn)行了模擬對(duì)比分析，為冷、熱水混水器的進(jìn)一步結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)提供一種參考方法，使其在工程應(yīng)用上更加節(jié)能合理，從而實(shí)現(xiàn)降低能耗的目標(biāo)。

1 數(shù)值模擬方法

1.1 混水器幾何模型的建立

在進(jìn)行數(shù)值計(jì)算模擬時(shí)，可以分為以下幾個(gè)步驟：

（1）建立所要研究物理問(wèn)題本質(zhì)空間的數(shù)學(xué)物理模型，同時(shí)也要確定相應(yīng)的定解條件 對(duì)于本課題的冷、熱水混水器，首先利用Gambit軟件，建立一個(gè)大圓柱體、一個(gè)小圓柱體和一個(gè)錐臺(tái)，最終利用布爾運(yùn)算建立混合器整體；再利用Tgrid方法劃分成四面體網(wǎng)格，對(duì)于生成的網(wǎng)格進(jìn)行檢查。

（2）邊界條件的設(shè)定 設(shè)置對(duì)應(yīng)的邊界條件，入流口邊界類型設(shè)為VELOCITY－INLET，出流口邊界類型設(shè)為PRESSURE-OUTLET，其他未設(shè)置的面默認(rèn)為壁。

（3）利用FLUENT3D求解器進(jìn)行求解 先讀入網(wǎng)格文件，再設(shè)置求解器，設(shè)定完參數(shù)后，再用計(jì)算機(jī)求解離散的方程組，在計(jì)算機(jī)上開始啟動(dòng)能量方程進(jìn)行計(jì)算，直至收斂并得到最終的計(jì)算結(jié)果。

（4）計(jì)算結(jié)果的后處理 最終得到流場(chǎng)、溫度場(chǎng)以及壓強(qiáng)分布圖模擬了實(shí)際流體的近似流動(dòng)情況，查看計(jì)算結(jié)果，并對(duì)顯示結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，從而得到分析結(jié)論。

冷熱水混水器是一種用于冷、熱水的自動(dòng)混合，為單管淋浴系統(tǒng)提供恒溫洗浴用水的節(jié)能產(chǎn)品，其特點(diǎn)為

①性能價(jià)格比較高，因?yàn)槠渑c水箱相比，占用的空間小的多，從而更加的節(jié)省資金；

②冷熱混水器的安裝較為簡(jiǎn)單、方便，當(dāng)安裝的時(shí)候，直接用支架固定安裝在墻面上即可，不再需要其他輔助設(shè)備，并且可以直接與冷熱水供水管相連；

③出流溫度恒定，不會(huì)出現(xiàn)出流溫度水忽冷忽熱的現(xiàn)象；

④人們使用時(shí)候非常方便、節(jié)水，出水溫度很快達(dá)到恒定溫度，也更加安全和舒適。

1.2 混水器幾何模型參數(shù)的設(shè)定

混水器圓柱體的半徑R為10 cm，高度H為8 cm；冷、熱水進(jìn)水管半徑r為1 cm，長(zhǎng)L為5 cm；出水管半徑r為1 cm，長(zhǎng)L為5 cm。為保證出流溫度為30～40℃，而冷熱水混水器的熱水入口溫度為50～80℃，冷水入口溫度為自來(lái)水溫度，約為10～20℃。為保證出水溫度為30～40℃，必須將50～80℃的一部分熱水混和到10～20℃冷水里。所以冷熱水分別自不同入流管流入，在圓柱體內(nèi)混合后，經(jīng)過(guò)下方圓臺(tái)體以及出流管流出［6－7］。

模型1：冷、熱水分別沿混水器圓柱體的對(duì)立側(cè)同一高度切向同向流入，冷熱水入口位置高度為H（即4 cm），兩入流管間間距為20 cm，在容器圓柱體內(nèi)混合后經(jīng)過(guò)混水器下部流出。模型1混水器簡(jiǎn)圖如圖1（a）所示；

模型2：冷、熱水分別沿混水器圓柱體的同側(cè)沿同一高度切向同向流入，冷熱水入口位置高度為H（即4 cm），兩入流管間間距為10 cm，冷熱水混合后經(jīng)混水器下部流出。模型2混水器簡(jiǎn)圖如圖1（b）所示；

模型3：冷水和熱水自混水器圓柱體的上側(cè)流入，兩入流管間間距為16 cm，冷熱水混合后經(jīng)混水器下部流出。模型3混水器簡(jiǎn)圖如圖1（c）所示。

圖1 混水器簡(jiǎn)圖

1.3 控制方程

在混水器中，冷熱水為不可壓縮流體。控制方程有湍流方程、動(dòng)量方程、連續(xù)性方程［8］，湍流模型采用k—ε模型。

（1）連續(xù)性方程

連續(xù)性方程由式（1）表示為

式中：t為時(shí)間，m2／s；ρ為體積質(zhì)量，kg／m3；為速度矢量，m／s。

（2）動(dòng)量方程

動(dòng)量方程由式（2）表示為

（3）k—ε湍流模型方程

k—ε湍流模型方程由式（3）和（4）表示為

式中：k為湍動(dòng)能，J；ui為時(shí)均速度，m／s；μ、μt分別為動(dòng)力黏度和湍流黏度，Pa·s；Gk、Gb分別為由于平均速度梯度和浮力所引起的湍流動(dòng)能，J／kg；ε為耗散率；YM為可壓縮湍流脈動(dòng)膨脹對(duì)總耗散率的影響，J／kg；S為源項(xiàng)，J／kg；在Fluent中，作為默認(rèn)值C1e、C2e、C3e、σk、σε的值分別為1.44、1.92、0.09、1.0、1.3。

1.4 數(shù)值模擬邊界條件的設(shè)定

入口邊界條件：研究對(duì)象為不可壓縮流體，速度可以認(rèn)為是均勻分布的。模擬采用分離隱式求解器進(jìn)行求解。在求解中選用RNG k—ε模型，進(jìn)口條件湍流模型k和湍能耗散系數(shù)ε的指定采用湍流強(qiáng)度與水力直徑，其中混水器的入流管半徑為1 cm［9］。分析的流體是穩(wěn)態(tài)不可壓縮的水，熱水進(jìn)口溫度320 K，冷水進(jìn)口溫度280 K，冷熱水入水口的湍動(dòng)能k和湍能耗散系數(shù)ε按0.02 m水力直徑計(jì)算確定［10］。由于入口速度不同，湍流強(qiáng)度I不同，湍流強(qiáng)度是描述流體速度隨時(shí)間和空間變化的程度，也是描述流體湍流運(yùn)動(dòng)特性的最重要的特征量。湍流強(qiáng)度I按公式（5）計(jì)算取值，不同速度下的湍流強(qiáng)度I見(jiàn)表1。

式中：Re為雷諾數(shù)；I為湍流強(qiáng)度。

表1 入口速度與湍流強(qiáng)度值

2 結(jié)果與分析

2.1 溫度場(chǎng)分布云圖

圖2、3和4分別是入流速度為0.1、0.5和1.0 m／s時(shí)，z為0.04 m處的xy截面溫度分布圖。通過(guò)比較可看出，當(dāng)入流處速度為0.1 m／s時(shí)，三種模型的溫度分布圖較為接近，混水器圓柱體內(nèi)的溫度帶呈條狀分布。隨著入口速度的增大，當(dāng)入口速度為0.5 m／s時(shí)，冷、熱水分別自混水器圓柱體的對(duì)立兩側(cè)沿同一高度切向同向流入的模型1和冷、熱水分別沿混水器圓柱體的同側(cè)沿同一高度切向流入的模型2，在z為0.04 m處的xy截面冷熱水混合成若干個(gè)螺旋狀的等溫帶；而冷水和熱水自混水器圓柱體的上側(cè)流入的模型3內(nèi)的溫度仍然呈現(xiàn)條狀分布，但溫度趨于300 K的區(qū)域增大。當(dāng)入口速度達(dá)到1.0 m／s時(shí)，模型1、模型2混水器內(nèi)溫度逐漸趨于300 K，達(dá)到穩(wěn)定；模型3混水器內(nèi)溫度仍呈現(xiàn)不均勻分布。

因此對(duì)于模型1和模型2來(lái)說(shuō)，入流速度變大時(shí)，其內(nèi)部同一位置溫度梯度變小，這是因?yàn)閱挝粫r(shí)間內(nèi)進(jìn)入混水器內(nèi)流體質(zhì)量較多，使得溫度最終都趨于同一溫度300 K，這一結(jié)論與理論結(jié)論相吻合。而對(duì)于冷水和熱水自混水器的上側(cè)流入的模型3來(lái)說(shuō)，隨著入流速度的增大，冷、熱水混合程度變化不大，溫度仍然呈現(xiàn)不均勻分布，達(dá)不到穩(wěn)定出流的狀態(tài)。

圖2 入口速度為0.1 m／s的溫度場(chǎng)分布云圖

圖3 入口速度為0.5 m／s的溫度場(chǎng)分布云圖

圖4 入口速度為1.0 m／s的溫度場(chǎng)分布云圖

圖5、6和7分別是入流速度為0.1、0.5和1.0 m／s時(shí)，沿z軸平面的溫度分布圖。通過(guò)比較分析可以看出，當(dāng)入口速度增大時(shí)，冷、熱水分別自混水器圓柱體的對(duì)立兩側(cè)沿同一高度切向同向流入的模型1和冷、熱水分別沿混水器圓柱體的同側(cè)沿同一高度切向流入的模型2，這兩個(gè)模型的入口截面處的溫度分布呈現(xiàn)以入流口為中心的圓形溫度場(chǎng)分布，當(dāng)入口速度的增大到一定值為0.1、0.5 m／s時(shí)，冷、熱水混水器的中間部分的溫度分布則是呈現(xiàn)多條豎向的溫度帶，在出流管處也有多條溫度帶，這說(shuō)明在混水器的出口處會(huì)形成幾股不同溫度的水流，致使出流溫度的不恒定；隨著入口速度的增大為1.0 m／s時(shí)，混水器中間部分沒(méi)有明顯的溫度梯度，溫度分布較為均勻趨于300 K。對(duì)于冷水和熱水自混水器圓柱體的上側(cè)流入的模型3，當(dāng)入流速度為0.1 m／s時(shí)，混水器中間部分形成多條溫度帶，隨著入流速度的增大，混水器中間部分溫度帶條數(shù)減少，溫度趨于300 K的區(qū)域增大，但出流處溫度帶增多，這是因?yàn)楫?dāng)速度變大時(shí)，入流速度方向向下直接到達(dá)混水器圓柱的底部，熱水并沒(méi)有來(lái)得及將熱量傳遞給冷水，便到了出流管口，致使出流溫度上下波動(dòng)，達(dá)不到穩(wěn)定出流的狀態(tài)［11－13］。

圖5 入口速度為0.1 m／s的溫度場(chǎng)分布云圖

圖6 入口速度為0.5 m／s的溫度場(chǎng)分布云圖

圖7 入口速度為1.0 m／s的溫度場(chǎng)分布云圖

以上結(jié)果說(shuō)明，對(duì)于冷、熱水分別自混水器圓柱體的對(duì)立兩側(cè)沿同一高度切向同向流入的模型1和冷、熱水分別沿混水器圓柱體的同側(cè)沿同一高度切向流入的模型2來(lái)說(shuō)，速度越大，出流處的溫度越恒定［14］。這是因?yàn)?，入流速度增大，單位時(shí)間流入混水器的質(zhì)量流量增大，混水器內(nèi)部混合越均勻，冷熱水混合效果就會(huì)越好。而對(duì)于冷水和熱水自混水器圓柱體的上側(cè)流入的模型3來(lái)說(shuō)，速度越大，混合器內(nèi)部冷熱水混合效果較好，但出流溫度上下波動(dòng)。

2.2 中心線上的溫度分布與壓強(qiáng)分布

圖8和9是速度v＝1.0 m／s時(shí)沿z軸中心線的溫度與壓強(qiáng)分布。由圖8可以看出冷、熱水自混水器上側(cè)流入模型3混水器內(nèi)的沿z軸中心線溫度分布上下波動(dòng)最大，其次是冷、熱水分別沿混水器圓柱體的同側(cè)沿同一高度切向流的模型2，冷、熱水分別自混水器的兩側(cè)沿同一水平切向流入模型1的溫度波動(dòng)最小。對(duì)于模型1和模型3來(lái)說(shuō)，沿著z軸正方向，z由0 m變化到0.08m時(shí)，壓強(qiáng)逐漸趨于穩(wěn)定值。對(duì)于模型2來(lái)說(shuō)，在z＝0 m處，溫度急速下降，在z＝0.06m處趨于平穩(wěn)。這是由于模型2的冷、熱水沒(méi)有形成同向混合流，導(dǎo)致在z＝0～0.06 m處水溫混合并未達(dá)到300 K穩(wěn)定值［15－18］。而模型1與模型2出流管的溫度分布較為平穩(wěn)，模型3出流管處溫度波動(dòng)最大，所流出水溫也最不穩(wěn)定。

由圖9可以看出三種模型的壓強(qiáng)分布相似。當(dāng)z＝0～－0.05 m時(shí)，此時(shí)流體流經(jīng)下部圓臺(tái)容器內(nèi)，壓力從z＝0 m處急劇下降，這是因?yàn)榱黧w向下流動(dòng)，流經(jīng)的孔徑越來(lái)越小，壓強(qiáng)下降的速度也越來(lái)越大；當(dāng)z＝－0.1～－0.05 m時(shí)，此時(shí)流體進(jìn)入半徑較小的出水管，在直徑較小的出水管中，存在著渦旋，導(dǎo)致流體的壓力繼續(xù)減小，直致流出時(shí)壓力為零；而當(dāng)z＝0～0.08 m時(shí)，壓強(qiáng)趨于穩(wěn)定值［19－20］。

2.3 網(wǎng)格無(wú)關(guān)性驗(yàn)證

根據(jù)文中所建立的物理模型，采用TGrid網(wǎng)格類型對(duì)整個(gè)混水器模型進(jìn)行體網(wǎng)格劃分，體網(wǎng)格主要由Tet／Hybrid四面體網(wǎng)格元素組成。為了驗(yàn)證網(wǎng)格無(wú)關(guān)性，所以只針對(duì)模型1進(jìn)行不同數(shù)量的網(wǎng)格劃分。當(dāng)邊界上分點(diǎn)時(shí)使用的間隔長(zhǎng)度不同時(shí)，網(wǎng)格數(shù)目亦不相同，具體數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。

由于間隔尺寸無(wú)具體單位，是視具體模型大小來(lái)劃分，具體單位可在Fluent中修改。在其他條件都相同條件下，模擬了模型1在幾種不同數(shù)量網(wǎng)格條件下的流場(chǎng)，經(jīng)過(guò)分析比較，當(dāng)劃分網(wǎng)格間距小于0.5時(shí)，即使再縮小間隔，其對(duì)內(nèi)部流場(chǎng)的影響較小，反而使計(jì)算時(shí)間延長(zhǎng)，并不十分經(jīng)濟(jì)。經(jīng)過(guò)分析驗(yàn)證，間隔確定為0.5，網(wǎng)格數(shù)目取為175598時(shí)，既能節(jié)省計(jì)算成本，又能保證計(jì)算精度。

圖8 沿z軸中心線的溫度分布圖

圖9 沿z軸中心線的壓強(qiáng)分布圖

表2 不同間隔尺寸下的網(wǎng)格數(shù)目

3 結(jié)論

通過(guò)上述研究可知：

（1）入口速度為0.1 m／s時(shí)，三種模型的溫度分布圖較為接近，混水器中部的溫度帶呈水平條狀分布，幾乎沒(méi)有螺旋分布的趨勢(shì)。

（2）對(duì)于入口水平切向流入的混水器來(lái)說(shuō)，改變?nèi)肟谖恢脤?duì)其內(nèi)部的流場(chǎng)以及混合效果影響甚微，并且入口速度越高混合效果越好，出流水溫越恒定。對(duì)于冷水和熱水自混水器的上側(cè)流入的模型3來(lái)說(shuō)，增大其入口流速反而使出流溫度上下波動(dòng)不定。

（3）三種模型混合效果中，冷、熱水沿同一水平高度切向流入的模型1冷熱水混合效果最好，其出口處水溫恒定趨于300 K；其次是冷、熱水分別沿混水器圓柱體的同側(cè)沿同一高度切向流入的模型2，最差的是冷、熱水自混水器的上側(cè)流入的模型3。

［1］ 劉小林.基于四通混水器的供熱系統(tǒng)調(diào)節(jié)理論及控制研究［D］.哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)，2013.

［2］ 文媛媛.基于FLUENT的混水器內(nèi)部流場(chǎng)數(shù)值模擬［J］.過(guò)濾與分離，2010，20（1）：27－28.

［3］ 張春梅，蓋小龍.SMV型靜態(tài)混水器流速場(chǎng)的實(shí)驗(yàn)測(cè)定［J］.當(dāng)代化工，2013，42（8）：1056－1058.

［4］ 曹濤，趙華.基于四通混水器的供水溫度分棟調(diào)節(jié)理論研究［J］.區(qū)域供熱，2014（2）：9－15.

［5］ 姬宜朋，張沛，王麗.Kenics靜態(tài)混水器的應(yīng)用及研究進(jìn)展［J］.塑料科技，2005，（2）：38－41.

［6］ 鄭平，蘇盟盟.冷熱水混合器流動(dòng)傳熱特性的數(shù)值模擬［J］.遼寧石油化工大學(xué)學(xué)報(bào)，2015，35（2）：26－31.

［7］ 韓占中.FLUENT流體工程仿真計(jì)算實(shí)例與應(yīng)用［M］.北京：北京理工大學(xué)出版社，2004.

［8］ 邱金梁，李成植，張建偉.兩組同軸同向撞擊流反應(yīng)器流場(chǎng)的仿真研究［J］.化工機(jī)械，2008，34（6）：321－325.

［9］ 喻俊霖，潘伶，陳金興.基于ANSYS的布袋除塵器鋼架有限元分析［J］.機(jī)械，2009（10）：26－28.

［10］郭磊，孫鐵，張丹，等.FCC汽油脫硫小試裝置的設(shè)計(jì)［J］.遼寧石油化工大學(xué)學(xué)報(bào)，2014，34（4）：55－57.

［11］Zhou X.，Yang H.Y.，Wang F.H..Corrosion inhibition by sorbitol／diethylenetriamine condensation product for carbon steel in 3.5%NaCl saturated Ca（OH）2solution［J］.Acta Physico-Chimica Sinica，2011，27（3），647－654.

［12］Caporali S.，Ghezzi F.，Giorgetti A.，et al..Interaction between an imidazolium based ionic liquid and the AZ91D magnesium alloy［J］.Advanced Engineering Materials，2007，9（3），185－190.

［13］Olivares X.O.，Likhanova N.V.，Dominguez-Aguilar M.A.，et al..Surface analysis of inhibitor films formed by imidazolines and amides on mild steel in an acidic environment［J］.Applied Surface Science，2006，252（6）：2139－2152.

［14］Rathod M.L.，Kokini J.L..Extension rate distribution and impact on bubble size distribution in Newtonian and non-Newtonian fluid in a twin screw co-rotating mixer［J］.Journal of Food Engineering，2016，169：214－227.

［15］Han J.，Zhu Z.，Qian H.，et al..A simple confined impingement jetsmixer for flash nanoprecipitation［J］.Journal of Pharmaceutical Sciences，2012，101（10）：4018－4023.

［16］Sajadi A.R.，Kazemi M.H..Investigation of turbulent convective heat transfer and pressure drop of TiO2／water nanofluid in circular tube［J］.International Communications in Heat and Mass Transfer，2011，38（10）：1474－1478.

［17］雷博.家用淋浴污水源熱泵熱水器的實(shí)驗(yàn)研究［D］.哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)，2014.

［18］燕勇鵬.裝有四通混水器供熱系統(tǒng)的性能研究［D］.哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)，2011.

［19］葉旭東，王小芳，畢龍.基于FLUENT的SK型靜態(tài)混水器的數(shù)值模擬［J］.現(xiàn)代制造工程，2006（3）：74－75.

［20］肖映果，孫文勝，劉偉強(qiáng)，等.流體靜態(tài)混合器的應(yīng)用和新發(fā)展［J］.現(xiàn)代化工，2005，25：279－281.

Numerical simulation analysis of water m ixers internal physics field

Qu Yunxia1，2，3，Wang Huanhuan1
（1.School of Thermal Engineering，Shandong Jianzhu Universtity，Jinan 250101，China，2.Key Laboratory of Renewable Energy Utilization Technologies in Building of the National Education Ministry，Jinan 250101，China；3.Shandong key Laboratory of Renewable Energy Application Technology，Shandong Jianzhu University，Jinan 250101，China）

In themixer，cold and hotwatermixed uneven will not lead to constantwater temperature. The simulation analysis of the water mixers internal physics field can optimize the structure of the watermixer and make itmore efficient in engineering application，thus reducing energy consumption. The paper simulates internal three-dimensional flow and heat transfer characteristics on the the cold and hotwater mixer based on RNG k－εturbulence model in Fluent software，and elaborates the influence of entrance position on its internal physics field and mixing effect through the analysis of mixers’internal temperature field and pressure.The results show that when the inlet velocity is smaller than 0.1m／s，the temperature distribution of three kinds ofmodels is close.With the increase of flow velocity，the outlet temperature of the cold and hot water horizontal tangential flows into the model one and model two ismore constant，and the outletwater temperature is constant，which tends to 300K，while the temperature of the hot and cold water flows from the upper side of themodel three is not constant.Among the threemodels，themixed effect ofmodel one is the best，but that ofmodel three is the worst.

watermixers；mixed effects；physics field；numerical simulation

TU831

：A

1673－7644（2017）02－0111－07

2017－02－04

曲云霞（1965－），女，教授，博士，主要從事熱泵技術(shù)及應(yīng)用等方面的研究.E-mail：qu_yunxia＠163.com