【热水造成能源浪费】第三部分:降温

日期:2015-03-04 Tags:CFD仿真 水能源

       Horror vacui, Natura abhorret vacuum, Resintenza del vacuo; from Aristotle to Galileo, 地球上有一条亘古不变的原理是:物质从它原来的地方流动到别的地方。再往前追溯到Hobbes and Boyle, Newton and Leibniz, 我们发现这样的理论也适用于流体动态环境中。从传热角度来看,热能也是从原来的地方流动到别的地方,从温度高的地方流动到温度低的地方。这样就达到了平衡。作为人类,我们热爱能源,通过能源能做许多有趣的事儿。我们总是想方设法获得能源并为我所用,包括把能源储存起来作为备用(类似圈养宠物猫一样)。

TemperatureCoolDown

 

        将水箱中某设定点的温度加热到60度需要几个小时。我们确信那些热量不会一直呆在一个地方。

        热量会从水中流到水箱周围的环境中去。让我们定性地观察水箱的隔热层在阻止热量流失中扮演怎样的角色。

        我个人手头没有测试导热性的设备(当然,我们能提供DynTIM这样的仿真测试系统)。在这个研究中,我假设水箱隔热层是由聚氨酯类的泡沫制成的,其导热系数是 0.03 W/mK,比铝制的隔热层在保持热量方面要好近6000倍。这样的隔热材料性能怎麽样?棉花的导热系数为0.24 W/mK。,让我们来比较一下使用不同隔热材料时,热量散发和水温降低是怎样的。左边是好的隔热材料,右边是不太好的隔热材料,温度范围是25~62度。模拟从加热完成后关掉加热器的功率,接下来10个小时温度的变化。

        加热器顶部的水明显热的时间更长,这就是为什么热水出口会设在水箱的高处。甚至我们可以看一下比54.5度(任意一个温度)体积的水在那段时间内是如何减少的,这种现象可以看得很明显:

 
54p5DegC_isosurface

        因此,从设计角度来说,理解热量是如何散发的,而且热量是聚集在水箱顶部,你就会考虑换掉水箱顶部的隔热层。总有很多改善的空间。事实上,带有茶壶罩的茶壶就是一个完美的隔热体,尽管从散热的方面看还可以改善,照片上它典型的英伦风格是永恒的。

 

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