散流器的设计

3．7　散流器的设计

自然分层的蓄水罐需要用散流器将水平稳地引入罐中，依靠密度差而不是惯性力产生一个沿罐底或罐顶水平分布的重力流，形成一个使冷热水混合作用尽量小的斜温层。在0～20℃范围内，水的密度差不大，形成的斜温层不太稳定。因此要求通过散流器的进出口水流流速足够小，以免造成斜温层的扰动破坏，这就需要确定恰当的F_r数、散流器进口高度h、R_e数来避免斜温层品质的下降。

F_r数是表示作用在流体上的惯性力与浮升力之比的无因次准则数。Yoo等人也证实：F_r≤1时，浮升力大于惯性力，可很好地形成重力流。F_r数的定义由下式给出：

式中：Q——最大进口流量，m³/s；

　L——散流器有效长度，m；

　g——重力加速度，m/s²；

　h_i——最小进口高度，m；

　p_i——进口水密度，kg/m³；

　p_a——罐内水密度，kg/m³。

对于确定的流量和散热器长度，通过F_r数可以确定所需的进口高度。进口高度的选择必保证F_r数不大于2。

Wildin和Truman通过试验证明，较低的R_e数有利于实现斜温层进口侧的理想分层效率，R_e数在240～280时能取得理想的分层效果。R_e数的定义由下式给出：

R_e＝q/μ

式中：q——散流器单位长度上的流量，m³/s；

　μ——进口水的运行粘度，m²/s。

对于确定的流量，可以通过调整散流器的有效长度得到所需的R_e数。

在设计中要注意散流器的开口方向，尽量减少进水对罐中水的扰动。通常顶部散流器的开口方向朝上，避免有直接向下冲击斜温层的动量；底部散流器的开口方向朝下，避免有直接向上的动量。散流器管的开口一般为90°～120°，参见图3．63。

图3．63　散流器管开口示意图

常用散流器的型式有：八边式、H式、径向盘式和连续槽式等。图3．64和图3．65为其中两种。八边式适用于圆柱体蓄水罐、H式适用于立体蓄水罐。在应用中，也可以根据具体的情况，使用不同的散流器来满足实际要求。例如，广东新北江制药厂的制冷系统中配水口设置在蓄水罐的外壁四周，配水流道采用近外壳状的变截面流道结构。F_r数为0．34时蓄水分层稳定可靠。

图3．64　八边式散流器

图3．65　H式散流器