目前， 建築物室內供暖方式很多， 主要分為散熱器對流採暖和地板輻射採暖2種方式， 但根據我國國情， 以水為熱媒的散熱器仍然是我國最為普遍使用的冬季採暖手段。 採暖散熱器的使用在目前的供熱方式中仍占主導地位。 關於散熱器對流採暖研究的數值計算和傳熱特性等方面， 國內外已經有大量的研究。
本文基於高效節能的冷凝式壁掛爐， 將散熱器作為其供暖末端設備， 建立散熱器採暖房間的三維幾何模型， 利用SC/Tetra軟體對其進行數值類比， 比較散熱器的不同安裝模式在相同工況下的採暖效果，
該系統結構原理圖， 如圖1所示。
圖1 冷凝壁掛爐採暖系統結構原理圖
冷水經由冷凝壁掛爐中天然氣燃燒加熱， 所產生的熱水溫度由冷凝壁掛爐控制和設定。 熱水經由採暖水出口閥門以及分集水器，
2、模型建立與分析
2.1 幾何模型的建立
本文選取某北向實驗室作為研究物件， 其實驗室的內部測量尺寸為8.40m×4.00m×3.05m。 該實驗室南牆和北牆與室外相鄰， 東、西兩側牆則與其他房間相鄰。 其中南牆上設有玻璃窗。 房間的佈局如圖2所示。 以西南方向牆角作為座標原點， 採用直角坐標系對實驗進行模擬研究， X正向為正北方向， Z正向為正東方向。
圖2 實驗室的尺寸結構圖
本文考慮A、B、C、D， 4種散熱器的安裝模式， 分別如下：①A為單個900W的散熱器， 安裝在東牆正中央處， 距離地面518mm；②B為2個450W的散熱器， 均安裝在東牆一側， 距離南北牆分別為1670mm， 距離地面518mm；③C為東西兩側牆的正中央各安裝1個450W的散熱器， 呈對稱佈置， 距離地面均為518mm；④D為沿著房間的對角線方向上東西牆上各安裝1個450W的散熱器，
2.2 邊界條件設置
將實驗室房間的三維立體模型導入SC/Tetra， 設定初始條件和邊界條件：供水溫度設為70℃； 牆、窗戶、門、散熱器的材質分別設為混凝土、玻璃、木頭以及鋼， 外牆的傳熱數為0.51W/(m2·K)， 對流換熱係數為5W/(m2·K)。 為簡化計算， 假設室內溫度， 四周牆壁及房頂地面溫度均為10℃。 整個房間空氣流動視為湍流， 輻射為自然對流輻射。 採用雙精度求解器， RANS流動類型， 標準κ-ε模型， 流場計算採用SIMPLE演算法。 劃分網格， 實現對整個房間溫度場的模擬求解。
2.3 類比結果分析
經過模型的後處理， 可得到散熱器不同安裝模式相應的溫度場和速度場。 溫度和速度分佈取值截面如圖3所示，
圖3 溫度和速度分佈取值截面Z=2.0m
圖4 Z=2.0m截面溫度分佈
圖5是另一溫度和速度分佈取值剖面，圖6則是在4種散熱器安裝模式下，高度Y=1.5m，截面位置X=4.2m處的溫度分佈曲線圖。圖中B、D模式下的溫度分佈相似，均勻且平穩；在A、C模式下，由於所取截面恰好是在散熱器的安裝位置處，而在散熱器正上方，由於氣流的作用，其溫度要明顯高於其他區域。對於模式A，散熱器只安裝在東牆的一側，因而隨著Z軸位移的減小，溫度逐漸降低。
圖5 溫度和速度分佈取值截面X=4.2m
圖6 X=4.2m截面溫度分佈
圖7 Z=2.0m截面速度分佈
圖 8 X=4.2m截面速度分佈
圖7反映了Y=1.5m，Z=2.0m截面上速度分佈情況。很顯然，A安裝模式下的散熱器採暖，所導致的周圍氣流速度變化幅度較大，且氣流的速度總體上都高於其他3種安裝模式，而在B、C、D這3種模式下，該截面上的氣流速度則較為平穩。
圖8是高度為Y=1.5m截面位置是X=4.2m處的速度分佈曲線圖。
A模式下，靠近東牆的正上方氣流速度明顯遠高於其他3種模式。而C、D，2種模式，房間中央處於速度量波谷處，從房間中部向房間兩側方向延伸，氣流速度逐漸上升。B模式相比較其他模式，平均氣流速度最小，曲線也最為平穩。
3、結語本文通過對數值模擬結果的分析，可以得出如下的結論：
1)在散熱器的功率之和相等的條件下，單散熱器在採暖方面與其他安裝方式相比，在房間內的溫度分佈較為不均勻，局部波動性大；而雙散熱器在溫度分佈和氣流速度分佈上，比單個散熱器要更為穩定。作為研究主體的房間模型，東西寬度為4.00m，在這種情況下，2個散熱器採取同側安裝和沿對角線安裝方式相比較其他2種方式更合理，舒適性相對較高。
2)在本次模擬研究中，同等的條件下，從採暖溫度或是氣流速度上比較，散熱器同側的安裝方式比沿對角線方向安裝的方式較好。隨著房間模型的變化，尤其是寬度變化，散熱器安裝模式的選取還會發生變化，這將在以後的實驗模擬中繼續研究。
作者：杭鑫.上海工程技術大學機械工程學院；陳煜.上海工程技術大學機械工程學院；祁亮.福斯特惠勒(河北)工程設計有限公司上海坤元醫藥工程分公司。
圖3 溫度和速度分佈取值截面Z=2.0m
圖4 Z=2.0m截面溫度分佈
圖5是另一溫度和速度分佈取值剖面，圖6則是在4種散熱器安裝模式下，高度Y=1.5m，截面位置X=4.2m處的溫度分佈曲線圖。圖中B、D模式下的溫度分佈相似，均勻且平穩；在A、C模式下，由於所取截面恰好是在散熱器的安裝位置處，而在散熱器正上方，由於氣流的作用，其溫度要明顯高於其他區域。對於模式A，散熱器只安裝在東牆的一側，因而隨著Z軸位移的減小，溫度逐漸降低。
圖5 溫度和速度分佈取值截面X=4.2m
圖6 X=4.2m截面溫度分佈
圖7 Z=2.0m截面速度分佈
圖 8 X=4.2m截面速度分佈
圖7反映了Y=1.5m，Z=2.0m截面上速度分佈情況。很顯然，A安裝模式下的散熱器採暖，所導致的周圍氣流速度變化幅度較大，且氣流的速度總體上都高於其他3種安裝模式，而在B、C、D這3種模式下，該截面上的氣流速度則較為平穩。
圖8是高度為Y=1.5m截面位置是X=4.2m處的速度分佈曲線圖。
A模式下，靠近東牆的正上方氣流速度明顯遠高於其他3種模式。而C、D，2種模式，房間中央處於速度量波谷處，從房間中部向房間兩側方向延伸，氣流速度逐漸上升。B模式相比較其他模式，平均氣流速度最小，曲線也最為平穩。
3、結語本文通過對數值模擬結果的分析，可以得出如下的結論：
1)在散熱器的功率之和相等的條件下，單散熱器在採暖方面與其他安裝方式相比，在房間內的溫度分佈較為不均勻，局部波動性大；而雙散熱器在溫度分佈和氣流速度分佈上，比單個散熱器要更為穩定。作為研究主體的房間模型，東西寬度為4.00m，在這種情況下，2個散熱器採取同側安裝和沿對角線安裝方式相比較其他2種方式更合理，舒適性相對較高。
2)在本次模擬研究中，同等的條件下，從採暖溫度或是氣流速度上比較，散熱器同側的安裝方式比沿對角線方向安裝的方式較好。隨著房間模型的變化，尤其是寬度變化，散熱器安裝模式的選取還會發生變化，這將在以後的實驗模擬中繼續研究。
作者：杭鑫.上海工程技術大學機械工程學院；陳煜.上海工程技術大學機械工程學院；祁亮.福斯特惠勒(河北)工程設計有限公司上海坤元醫藥工程分公司。