一种热水器的优化设计方法技术

本发明专利技术公开了一种热水器的优化设计方法，涉及热水器技术领域。热水器的优化设计方法基于不同的热水器设计方案建模并模拟工作过程，计算不同设计方案对应的热水输出率，以获得优化设计方案。该热水器的优化设计方法通过建模软件模拟热水器的工作过程，可以计算不同设计方案的热水输出率，不需要制作实物模型，能够缩短设计周期，降低设计成本。

An Optimum Design Method of Water Heater

【技术实现步骤摘要】
一种热水器的优化设计方法
本专利技术涉及热水器
，尤其涉及一种热水器的优化设计方法。
技术介绍
热水器是指通过各种物理原理，在一定时间内使冷水温度升高变成热水的一种装置。按照加热原理不同，热水器可分为电热水器、燃气热水器、太阳能热水器、磁能热水器、空气能热水器，暖气热水器等。电热水器是比较常见的一种热水器。热水输出率是电热水器节能的重要指标。热水输出率是指额定条件下实际热水输出量与额定容量的比率。热水输出率越大，代表热水器的热水输出量越多。提高热水器的热水输出率，是电热水器的发展方向。现有技术中，在设计热水器时，一般通过制作实物模型，对实物模型进行热水输出率测试，根据测试结果改进热水器的结构，并制作新的实物模型，根据反复的实验、改进得到最终方法。在现有的设计过程中，设计人员一般通过经验改进热水器的结构，整个设计周期长，多次制作实物模型，设计成本高，且不能准确地得知影响热水输出率的因素，无法明确改进方向。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提出一种热水器的优化设计方法，该设计方法能够缩短设计周期，降低设计成本。为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：一种热水器的优化设计方法，基于不同的热水器设计方案建模并模拟工作过程，计算不同设计方案对应的热水输出率，以优化热水器的设计方案。其中，获取热水器输出热水时内胆出水口处水温随时间的变化关系，以计算不同设计方案对应的热水输出率。其中，所述热水器的优化设计方法还包括：获取不同设计方案中内胆内水的温度场，对比不同设计方案中，热水器加热至额定最高温度时，内胆内水温的均匀性，得到设计方案中不同的因素对热水输出率的影响，以优化热水器的设计方案；和/或对比不同设计方案中，热水器输出热水时，内胆进水口处冷热水分层的状态，得到设计方案中不同的因素对热水输出率的影响，以优化热水器的设计方案。其中，所述热水器的优化设计方法还包括：获取不同设计方案中内胆内水流的速度场，得到设计方案中不同的因素对热水输出率的影响。其中，所述因素包括加热组件的结构、进水组件的结构及内胆的结构。其中，针对不同设计方案的热水器建模并模拟工作过程，具体包括：建立3D模型；设定边界条件；导入软件模拟工作过程。其中，建立3D模型时，在热水器的内胆内选取多个测试点。其中，所述测试点的数量为5个。其中，所述测试点按照标准GB21519-2008布置。有益效果：本专利技术提供了一种热水器的优化设计方法，通过建模软件模拟热水器的工作过程，可以计算不同设计方案的热水输出率，不需要制作实物模型，能够缩短设计周期，降低设计成本。附图说明图1是本专利技术实施例1提供的热水器的优化设计方法的流程图；图2是本专利技术实施例2提供的热水器的优化设计方法的流程图。具体实施方式为使本专利技术解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本专利技术的技术方案。实施例1如图1所示，本实施例提供了一种热水器的优化设计方法，根据热水器的设计方案建模，并在软件上模拟热水器的工作过程，计算出热水器的热水输出率，从而比较不同设计方案的热水输出率的大小，得到热水器结构的优化设计方案，以便提高热水器的节能性。相比现有技术中，制作实物模型后，通过实验测试热水器的热水输出率，从而改进热水器的设计方案，本实施例中的优化设计方法，通过软件模拟，不需要制作实物，能够大大地缩短热水器的设计周期，降低了热水器的设计成本。具体的，在模拟热水器的工作过程中，可以在模拟热水器输出热水时，观察内胆出水口处温度随时间的变化情况，得到内胆出水口处水流温度随时间变化的模拟曲线，通过对比不同设计方案的模拟曲线，可以直观明了的得知不同设计方案的热水输出率的大小关系，从而确定较优的设计方案。具体而言，在模拟不同设计方案的热水器的工作过程前，需要建立该方案的3D模型，并根据热水器的实际工作情况设定边界条件，之后将建立的3D模型导入软件中进行模拟。本实施例中，模拟热水器的工作过程主要根据计算流体动力学原理，以便符合热水器的实际工作状态，从而提高优化设计的效果。为了模拟热水器内胆内水流的温度场以及流速场，需要在内胆内选取多个测试点，以便进行模拟计算。根据中华人民共和国国家标准GB21519-2008，即储水式电热水器能效限定值及能效等级的规定，测试点可以选取为5个，且测试点按照标准中的测试点选取原则选取，以便规范模拟过程。测试点的个数及分布位置也可以根据实际情况增加或选取，本实施例中，在标准GB21519-2008规定的5个测试点的基础上，增加了两个测试点，增加的两个测试点位于热水器的副加热组件周围，从而更好的模拟内胆内的温度场。实施例2热水器一般包括内胆，内胆设置有进水口和出水口，内胆内设置有加热组件，内胆的进水口处设置有进水组件，冷水由进水组件进入内胆内，通过加热组件加热后，由出水口流出。内胆在输出热水的过程中，通过进水组件持续补充冷水，热水输出率是指热水器输出热水时，内胆的出水口处的温度降至指定最低温度时，热水器输出的热水量与内胆的额定容量的比值。由此可知，热水器加热过程中，内胆内水温的均匀性，尤其是热水器加热到额定最高温度时，内胆内水温的均匀性是影响热水输出率的一个重要因素，而热水器的加热组件又是决定内胆内水温的均匀性的关键因素。为对比设计方案中不同的加热组件对内胆内水温度的均匀性的影响，如图2所示，在实施例1的基础上，本实施例中的优化设计方法中，通过软件模拟热水器不同设计方案中内胆内水的温度场，即对内胆内水温变化进行实时的模拟监测，并对比不同设计方案中热水器内的水加热至额定最高温度内胆内水温的均匀性，即对比加热完成时内胆中热量分布状态，具体的，可以通过模拟加热完成时内胆的截面温度云图，可以直观地对比不同设计方案中内胆内水温的均匀性，从而判断不同的加热组件对热水输出率的影响，从而更好地改进加热组件的结构。在热水器输出热水的过程中，内胆通过进水组件持续向内胆内输入冷水，冷水对内胆内热水的冲击，将影响内胆内水流的流动情况以及内胆输出的热水的温度，即影响内胆内水流的流速场，以及内胆进水口处冷热水的分层状态，从而影响热水器的热水输出率。进水组件的结构是影响内胆进水口处冷热水的分层状态，即进水截面内温度梯度的关键因素之一。内胆的进水口与出水口之间的距离以及相对位置，是影响内胆内水流的流速场的关键因素之一。为对比设计方案中不同的进水组件对内胆进水口处冷热水的分层状态的影响，在本实施例中的优化设计方法中，模拟热水器输出热水时，不同设计方案中内胆内水的温度场，监测热水输出过程中，内胆内部冷热水的分层状态，可以得到不同设计方案中，进水组件进水时对内胆内热水的冲击程度，从而判断不同的进水组件对热水输出率的影响，从而更好地改进进水组件的结构。同样的，在模拟热水器的工作过程中，也可以监测内胆内水流的速度场，通过对比不同设计方案中流速场的变化，可以得知对比的方案中不同的因素对内胆的流速场的影响，从而更好的改进热水器的结构，以便获得更高的热水输出率。在其他的实施例中，影响热水输出率的因素也可以为其他的影响因素，包括但不限于加热组件、进水组件及内胆的结构。以上内容仅为本专利技术的较佳实施例，对于本领域的普通技术人员，依据本专利技术的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，本说明书内本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种热水器的优化设计方法，其特征在于，基于不同的热水器设计方案建模并模拟工作过程，计算不同设计方案对应的热水输出率，以优化热水器的设计方案。

【技术特征摘要】
1.一种热水器的优化设计方法，其特征在于，基于不同的热水器设计方案建模并模拟工作过程，计算不同设计方案对应的热水输出率，以优化热水器的设计方案。2.如权利要求1所述的热水器的优化设计方法，其特征在于，获取热水器输出热水时内胆出水口处水温随时间的变化关系，以计算不同设计方案对应的热水输出率。3.如权利要求1所述的热水器的优化设计方法，其特征在于，所述热水器的优化设计方法还包括：获取不同设计方案中内胆内水的温度场，对比不同设计方案中，热水器加热至额定最高温度时，内胆内水温的均匀性，得到设计方案中不同的因素对热水输出率的影响，以优化热水器的设计方案；和/或对比不同设计方案中，热水器输出热水时，内胆进水口处冷热水分层的状态，得到设计方案中不同的因素对热水输出率的影响，以优化热水器的设计方案。4.如权利要求3所述的热...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔静，盛保敬，孙强，蔡想周，王伟，
申请(专利权)人：青岛经济技术开发区海尔热水器有限公司，武汉海尔热水器有限公司，
类型：发明
国别省市：山东,37