冰箱冷藏室温度场和流场的仿真与优化
应用FLUENT进行散热模拟
目录目标 (3)1.引言 (3)2.CFD仿真过程 (4)2.1控制方程 (4)2.2单位 (4)2.3材料物性参数 (5)2.4几何与网格创建 (6)2.5求解工况&计算域&边界条件 (10)2.6结果分析 (10)2.7结论 (15)表格清单表1 单位系统（国际单位制） (5)表2 空气理想气体物性表 (5)表3 冰箱塑料内胆物性表 (5)表4 冰箱隔热层物性表 (6)表5 冰箱外壁物性表 (6)表6 计算域划分与边界条件 (10)图片清单图1 冰箱外形示意图 (3)图2 冰箱几何尺寸示意图（单位：mm） (4)图3 采用Icem创建的冰箱几何模型 (7)图4 冰箱外表面网格 (8)图5 冷藏室外表面网格 (8)图6 冷冻室外表面网格 (9)图7 截面体网格（x=300mm） (9)图8 瞬态计算残差曲线 (11)图9 冷藏室中心点温度时间曲线 (11)图10冷冻室中心点温度时间曲线 (12)图11 Z=300mm处的温度曲线 (12)图12 Z=300mm处的速度曲线(a)冷藏室 (b)冷冻室 (13)图13 冷藏室温度达到5℃时Z=300mm处截面的速度云图 (14)图14 冷藏室温度达到5℃时Z=300mm处隔热层温度分布云图 (15)目标本报告旨在通过ANSYS 旗下软件ICEM 、FLUENT 进行美的冰箱的仿真。
在35℃环境温度下，求解得到冰箱启动后的冷藏室和冷冻室温度从35℃分别降温到5℃和-18℃的降温曲线。
1. 引言冰箱由冷藏室、冷冻室两个独立空间组成，室内空气采用自然对流方式进行热传递；此外，还需要考虑冷量通过塑料ABS 内胆、隔热层和冰箱外壁钢板的损失。
冰箱外形如图1所示:冰箱几何尺寸示意图如图2冷藏室 F冷冻室 R图2 冰箱几何尺寸示意图（单位：mm）2.CFD 仿真过程本次仿真所用网格采用ANSYS○R ICEM CFD生成，所后采用ANSYS○R Fluent作为求解器进行求解。
冰箱制冷系统仿真方法
冰箱制冷系统仿真方法冰箱制冷系统仿真方法冰箱制冷系统是一种常见的家用电器，它利用压缩机、冷凝器、膨胀阀和蒸发器等组件来使冰箱内部保持低温状态。
为了确保制冷系统的效率和性能，进行仿真是一种重要的方法。
以下是基于冰箱制冷系统的仿真方法的一步一步思路：第一步：定义仿真目标与参数在开始仿真之前，我们需要明确仿真的目标和所需的参数。
例如，我们可以设定仿真目标为在各种环境温度下测试制冷系统的制冷性能。
同时，我们还需要确定仿真所需的参数，如压缩机功率、冷凝器和蒸发器的热传导系数、膨胀阀的流量系数等。
第二步：建立数学模型基于冰箱制冷系统的物理原理，我们可以建立数学模型来描述系统的行为。
例如，我们可以使用热力学方程来描述冷凝器和蒸发器中的热量传递过程，使用能量守恒方程来描述压缩机的功率消耗等。
根据具体情况，我们也可以考虑一些其他因素，例如制冷剂的物性参数。
第三步：选择仿真工具根据建立的数学模型，我们需要选择适合的仿真工具进行仿真计算。
常见的仿真工具包括MATLAB、Simulink等。
这些工具提供了丰富的数学建模和仿真功能，可以帮助我们快速、准确地进行仿真计算。
第四步：确定边界条件和初始状态在进行仿真计算之前，我们需要确定冰箱制冷系统的边界条件和初始状态。
边界条件包括环境温度、冷凝器和蒸发器的初始温度等；初始状态包括制冷剂的初始质量、压缩机的初始状态等。
这些参数和状态将直接影响仿真计算的结果。
第五步：进行仿真计算通过将数学模型输入选择的仿真工具，我们可以进行仿真计算。
在仿真过程中，我们可以调整不同的参数和边界条件，观察制冷系统的响应以及不同因素对系统性能的影响。
通过多次仿真计算，我们可以得到不同环境下制冷系统的性能曲线和相关参数。
第六步：分析和优化在得到仿真结果之后，我们可以对结果进行分析和优化。
通过比较不同环境温度下的制冷性能曲线，我们可以评估系统的稳定性和性能；通过调整不同参数和边界条件，我们可以找到最优的制冷系统配置以提高效率和节能性。
温度场测量与热流场仿真技术研究
温度场测量与热流场仿真技术研究随着科技的发展，温度场测量与热流场仿真技术在许多领域中得到了广泛应用。
温度场测量和热流场仿真技术是研究热传导和热流动的关键工具，它们在工程领域中具有重要的作用。
本文将重点探讨温度场测量技术和热流场仿真技术的研究进展和应用。
一、温度场测量技术温度场测量技术是利用传感器或测温设备来测量物体表面或内部的温度分布。
随着传感器技术的不断发展，温度场测量技术也取得了显著的进展。
常见的温度场测量技术包括热电偶、红外测温仪、纤维光学测温技术等。
热电偶是一种常见的温度测量设备，它基于热电效应原理测量温度。
热电偶的原理是通过两种不同金属的热电势差来测量温度。
它简单易用、测量范围广，适用于各种环境条件下的温度测量。
红外测温仪是近年来发展起来的一种热测量技术。
它利用物体发射的红外辐射来间接测量物体的温度。
红外测温仪具有非接触式测温、快速测量的优势，适用于高温、对传感器不易接触的物体测温。
纤维光学测温技术是通过光纤传输热量，并利用光纤的波长和功率变化来测量温度。
这种技术具有高温测量范围广、传输时不干扰、适用于实时测量等优点。
二、热流场仿真技术热流场仿真技术是通过数学模型和计算机仿真方法，对物体内部或表面的热传导现象进行模拟和预测。
它通过求解热传导方程和流体动力学方程，得到物体各个位置的温度和热流分布，从而实现对热流场的仿真。
热流场仿真技术的发展使得工程师能够在设计阶段通过计算机模拟来评估热传导和热流动的效果，避免了传统试验方法的高成本和时间消耗。
它广泛应用于电子设备散热设计、航空航天工程、汽车工程等领域。
常见的热流场仿真软件包括ANSYS Fluent、COMSOL Multiphysics等，它们能够模拟各种热传导和热流动现象，并提供丰富的后处理工具来分析仿真结果。
三、温度场测量与热流场仿真技术的应用温度场测量和热流场仿真技术在许多领域中得到了广泛应用。
以下是几个典型的应用案例：1. 电子设备散热设计：温度场测量和热流场仿真技术可用于评估电子设备的散热性能，帮助工程师设计更有效的散热系统，提高设备的可靠性和寿命。
采用Fluent进行冰箱温度场与速度模拟
安世亞太（PERA China）深圳分公司86-0755-*******************************目录目标 (3)1.引言 (3)2.CFD仿真过程 (4)2.1控制方程 (4)2.2单位 (4)2.3材料物性参数 (5)2.4几何与网格创建 (6)2.5求解工况&计算域&边界条件 (10)2.6结果分析 (10)2.7结论 (15)表格清单表1 单位系统（国际单位制） (5)表2 空气理想气体物性表 (5)表3 冰箱塑料内胆物性表 (5)表4 冰箱隔热层物性表 (6)表5 冰箱外壁物性表 (6)表6 计算域划分与边界条件 (10)图片清单图1 冰箱外形示意图 (3)图2 冰箱几何尺寸示意图（单位：mm） (4)图3 采用Icem创建的冰箱几何模型 (7)图4 冰箱外表面网格 (8)图5 冷藏室外表面网格 (8)图6 冷冻室外表面网格 (9)图7 截面体网格（x=300mm） (9)图8 瞬态计算残差曲线 (11)图9 冷藏室中心点温度时间曲线 (11)图10冷冻室中心点温度时间曲线 (12)图11 Z=300mm处的温度曲线 (12)图12 Z=300mm处的速度曲线(a)冷藏室 (b)冷冻室 (13)图13 冷藏室温度达到5℃时Z=300mm处截面的速度云图 (14)图14 冷藏室温度达到5℃时Z=300mm处隔热层温度分布云图 (15)目标本报告旨在通过ANSYS旗下软件ICEM、FLUENT进行美的冰箱的仿真。
在35℃环境温度下，求解得到冰箱启动后的冷藏室和冷冻室温度从35℃分别降温到5℃和-18℃的降温曲线。
1.引言冰箱由冷藏室、冷冻室两个独立空间组成，室内空气采用自然对流方式进行热传递；此外，还需要考虑冷量通过塑料ABS内胆、隔热层和冰箱外壁钢板的损失。
冰箱外形如图1所示:冷藏室 F冷冻室 R图1 冰箱外形示意图冰箱几何尺寸示意图如图2图2 冰箱几何尺寸示意图（单位：mm）2.CFD 仿真过程本次仿真所用网格采用ANSYS○R ICEM CFD生成，所后采用ANSYS○R Fluent作为求解器进行求解。
温度场仿真与分析
温度场仿真与分析温度场仿真与分析温度场仿真与分析是一种通过数值计算来模拟和预测物体或区域内的温度分布的方法。
它可以帮助我们理解热传导、对流和辐射等热传输机制，并为工程设计和优化提供支持。
下面将逐步介绍温度场仿真与分析的步骤和方法。
第一步是确定仿真目标和需求。
在开始仿真之前，我们需要明确想要分析的物体或区域以及所关注的温度场特性。
例如，我们可能想要了解一个电子设备在不同工作负载下的温度分布，或者研究一座建筑在不同季节和使用条件下的室内温度变化。
第二步是建立几何模型。
根据仿真目标，我们需要将物体或区域的几何形状转化为数学模型。
对于简单的几何形状，我们可以使用基本的几何图形来近似表示；对于复杂的几何形状，我们可能需要使用计算机辅助设计软件来建立几何模型。
第三步是定义边界条件。
边界条件是模拟中的关键参数，它们描述了物体或区域与外部环境的热交换方式。
例如，我们可以指定物体表面的温度、环境中的流体温度或边界上的热流量。
这些边界条件将影响温度场的分布和演化。
第四步是选择适当的数值方法和模拟工具。
温度场仿真可以使用多种数值方法，包括有限元法、有限差分法和有限体积法等。
我们需要根据模型的复杂程度和仿真目的选择合适的数值方法，并选择相应的仿真工具或软件来进行计算。
第五步是进行仿真计算。
在进行实际的仿真计算之前，我们需要将几何模型和边界条件导入仿真工具中，并进行必要的设置和调整。
然后，我们可以启动仿真计算，该计算将根据所选的数值方法和边界条件来求解温度场的分布。
第六步是分析和解释仿真结果。
一旦仿真计算完成，我们就可以获得物体或区域在不同位置和时间点的温度分布数据。
我们可以使用可视化工具来展示温度场，并进行进一步的分析和解释。
例如，我们可以比较不同边界条件下的温度分布差异，或者评估不同设计方案对温度场的影响。
最后一步是验证和优化仿真结果。
温度场仿真是一个理论模型的近似计算过程，因此我们需要将仿真结果与实际测量数据进行比较，以验证模型的准确性和可靠性。
单相浸没式液冷BBU机柜的优化和模拟分析
设计应用技术ＤＯＩ：１０．１９３９９／ｊ．ｃｎｋｉ．ｔｐｔ．２０２３．０５．０１７单相浸没式液冷BBU机柜的优化和模拟分析王宁，王凌云，刘世桐，沈斌（杭州云酷智能科技有限公司，浙江杭州311100）摘要：针对在用项目的单相浸没式液冷室内基带处理单元（Building Baseband Unit，BBU）机柜，为了提升其热可靠性，降低电源使用效率（Power Usage Effectiveness，PUE），进行了测试和数值模拟研究。
通过冷却液和空气2种不同媒介在BBU内部的流场和温度场分析，发现基于空气为冷却介质进行热设计的翅片散热器，在液冷设备里并不适用；基于某国产冷却液实际特性的BBU设备的仿真，提出了去除原翅片散热器来优化BBU内部流道和设置不同盲板优化方案，以确保冷液进入机柜后，将冷却液的动量和流量，优先给予高发热元件，增强换热。
关键词：单相浸没；液冷；室内基带处理单元（BBU）；机柜Optimization and Simulation Analysis of Single-phase Immersion LiquidCooling BBU TankWANG Ning, WANG Lingyun, LIU Shitong, SHEN Bin(Hangzhou Keencool Intelligent Technology Co., Ltd., Hangzhou 311100, China)Abstract: To improve the thermal reliability and reduce Power Usage Effectiveness(PUE) of the single-phase immersion liquid cooling Building Baseband Unit(BBU) tank in a in-service project, test and numerical simulation research are performed and presented in this paper. Through the analysis of the flow field and temperature field of coolant and air in the BBU, it is found that the fin radiator based on air, as the cooling medium for thermal design, is not suitable for liquid cooling equipment. Based on the simulation of the BBU equipment with the actual characteristics ofa domestic coolant, this paper proposes a scheme to remove the original fin radiator and install different blind plates tooptimize the internal flow channel of the BBU, so as to ensure that after the coolant enters the ank, the momentum and flow of the coolant will be given priority to the high heating elements, and the rationalization proposal to enhance heat transfer.Keywords: single-phase immersion; liquid cooling; Building Baseband Unit(BBU); tank0 引 言目前5G网络建设采用集中无线接入网（Centralized Radio Access Network，C-RAN）模式，集中在室内布置[1]。
TMF风冷冰箱风道CFD仿真分析
TMF风冷冰箱风道 CFD仿真分析摘要：本文是对某TMF型（上冷冻、下冷藏式）风冷冰箱的冷冻风道进行CFD仿真，得到冷冻风道的流线图，压力云图，风道各出风口的出风量和占比数据。
分析出，风扇与风道腔体边界距离偏小，空气撞击在边界上易形成局部涡流，增大风道局部阻力；风道左上，右上两出风口风量不均匀，右上出风口相对左上出风口流线密度有降低，出风口风速降低。
并进行实验测试风道的各出风口风量，同仿真结果进行对比，测得各处风口风量趋势和仿真结果一致。
关键词：风冷冰箱CFD仿真风道风量1：引言随着当今人们对品质生活的需求不断提升，用户对食材储存的也提出了更高的要求。
这对冰箱的性能和品质就有了更高要求，这促使风冷冰箱逐步替代直冷冰箱，风冷冰箱的市场占有率日益提高。
风冷冰箱使用更便利，功能更齐全，具有自动化霜，速冻速冷，多功能存储空间，保鲜除菌等功能。
风冷冰箱是利用风扇对箱内空气进行强制对流冷却，冰箱室内温度均匀性则是要面对的问题，这就需要对风冷冰箱的风道进行合理的设计。
而传统的试制样机，根据样机测试结果再反复调整的方法设计周期长，成本高，采用CFD仿真技术对冰箱进行设计是一种更高效的方法，现应用CFD软件对冰箱风道及温度场进行的模拟和研究越来越普遍，有对不同结构类型的风冷冰箱温度场和流场进行了仿真分析[1],也有将冰箱冷藏室冷冻室的风道作为仿真对象[2]，分析其对冰箱冷藏室冷冻室空气流场和温度场的影响。
本文是以某款TMF风冷冰箱的冷冻风道为仿真对象，利用CFD软件分析其风道腔体内的流场状况，风道各出风口的风量及占比数据。
并通过实验测试风道各出风口的风量，同仿真结果进行对比。
仿真结果和实验结果趋势一致，证明了CFD仿真技术的可靠性，可以为风道的结构优化提供方向和建议。
2：风道CFD仿真2.1：仿真方法本文是以某款TMF风冷冰箱达到冷冻风道为仿真对象，仿真过程分为以下4个步骤：（1）建立冷冻风道几何模型，在冰箱冷冻风道3D图的基础上，对部分结构细节进行简化，得到一个相对简单的风道模型，见图1。
基于CFD的风冷冰箱风道仿真分析
基于CFD的风冷冰箱风道仿真分析刘晓庆;李凌云;闵龙;刘英元【摘要】本文以南京创维家用电器的一款两门风冷冰箱为模型,利用CFD软件进行仿真计算,得到了该冰箱风道各出风口的出风量及占比隋况,并给出了相应的分析,为后期风道改进优化提供方向和建议.【期刊名称】《家电科技》【年(卷),期】2017(000)001【总页数】3页(P77-79)【关键词】冰箱;建模;风道;仿真【作者】刘晓庆;李凌云;闵龙;刘英元【作者单位】南京创维家用电器有限公司江苏南京211200;南京创维家用电器有限公司江苏南京211200;南京创维家用电器有限公司江苏南京211200;南京创维家用电器有限公司江苏南京211200【正文语种】中文随着人们生活水平的不断提高，冰箱已成为生活中最常见的家用电器。
根据冰箱内部冷气传递的方式不同，目前市场上的冰箱可分为两种：直冷冰箱和风冷冰箱。
传统的制冷冰箱结构简单，耗电量较少，但给用户带来手动除霜的烦恼；随着技术的进步，风冷技术被用于冰箱中，有效解决了结霜问题，风冷冰箱的市场占有率不断提高。
CFD，即计算流体力学，是近代流体力学、数值数学和计算机科学结合的产物，它以电子计算机为工具，应用各种离散化的数学方法，对流体力学的各类问题进行数值模拟、分析研究，以解决各种实际问题。
早期，就有很多学者应用该软件对直冷冰箱以及风冷冰箱内温度场和速度场进行模拟和优化研究，宋培刚[1]运用Fluent软件对冰箱中空气流场的模拟和优化研究，唐琼辉[2]采用Fluent软件对冰箱内温度场和速度场进行了模拟。
直冷冰箱中的空气流动主要是自然对流，风冷冰箱中空气的流动主要是强迫对流，CFD软件更多应用于风冷冰箱风道内速度场的模拟分析。
风道仿真的过程主要分四个步骤：（1）建立模型，对已有的冰箱结构进行简化，提取风道模型，主要通过UG软件实现；（2）网格划分，对得到的风道模型进行网格划分，风扇区域和风道区域分别划分，以优化网格质量，可通过HYPERMESH软件实现；（3）数值计算，对已离散化的模型导入FLUENT中，设置边界条件，进行数值计算；（4）结果分析，对得到的数值计算结果，包括各出风口风量、风道内流场等进行分析，给出优化改进建议。
感应加热设备的温度场仿真分析与优化
感应加热设备的温度场仿真分析与优化在越来越多的工业制造、材料处理等领域中，感应加热技术已经取代了传统的加热方式，成为了主要的选择。
感应加热用电磁感应原理使工作物料在感应线圈中感应电流，来进行加热。
而随着科技的快速发展，感应加热设备也不断地更新换代，更加智能化、高效化。
然而，感应加热设备的温度场分析，其优化和精确度仍是生产活动中不可忽略的重要环节。
本文旨在分析感应加热设备的温度场，并阐述如何通过仿真分析和优化来提高其性能。
一、感应加热设备的基本原理1、感应加热的基本原理感应加热实质上是利用感应线圈中的交变磁场感应导电环境中的涡电流，使其产生电阻加热。
感应加热设备通过感应线圈产生电磁场, 通过这个电磁场使工作物料中出现涡流，产生热量，对于导电的材料，可以快速加热，用他来替代传统的火焰加热、电炉加热、热处理炉等方式，可以大大降低能耗，减少了污染，同时大大提高了工作效率。
2、感应加热设备的基本组成感应加热设备通常由发生器、感应线圈、冷却器、电源和控制系统等几个组成部分构成，发生器是产生交流电磁场的主机，发生器所产生的交变电流经感应线圈后产生强烈的交变磁场，从而让工作物料在其中感应产生涡流，以此实现加热。
3、感应加热设备的特点感应加热设备具有高速、高效、节能、环保和安全等特点，它的加热速度非常迅速, 能够迅速使加热对象的表面达到所需温度，使其在微波效应下快速加热，热量大部分集中在物料表面，且无明火、无烟雾、无排放，环保性高。
二、感应加热设备温度场仿真分析1、感应加热设备的温度场相关学者指出，在传统的物理模型中，把对象表面的温度定义为加热过程中的主要参数，可以反映出物温度的变化情况。
通过简记组分、可单一物理状态、热流方程、热平衡方程，完成热迁移和热积分计算得到物体表面温度分布。
2、感应加热设备的仿真分析FEA（有限元分析方法）的作用是计算研究感应加热设备在热场中的加热复杂过程，它可以通过分析物体中各个位置点的温度，“描绘”出其物体表面温度和热传导的分布情况，同时，还可以用这些信息为感应加热过程中的预测和控制分析作为依据。
温度场和流场的模拟
温度场和流场的模拟天津职业技术师范⼤学Tianjin University of Technology and Education毕业论⽂专业：材料成型及控制⼯程班级学号：材料0912 - 09学⽣姓名：蔡⾔锋指导教师：⾼莹讲师⼆〇⼀四年六⽉天津职业技术师范⼤学本科⽣毕业设计TIG焊电弧温度场和流场的模拟Analog TIG welding arc temperature field and flow field专业班级：材料成型及控制⼯程--材料0912学⽣姓名：蔡⾔锋指导教师：⾼莹讲师学院：机械⼯程学院2014 年6 ⽉摘要钨极氩弧焊（TIG焊）是近代⼯业⽣产中应⽤⽐较⼴泛的⼀种焊接⽅法，这种焊接⽅法具有热影响区⼩、焊缝美观、易于控制等众多优点。
所以对TIG焊焊接技术进⾏数值模拟，能够更好的了解和控制整个焊接的过程，所模拟TIG焊电弧的温度场和流场具有重要的意义。
数值模拟技术应⽤⼴泛，本⽂就是采⽤有限元分析软件FLUENT，创建了符合实际的TIG焊⾃然燃烧电弧的有限元模型。
根据流体⼒学质量守恒、动量守恒和能量守恒⽅程，选取合理的边界条件，得到了TIG焊电弧的温度场流场分布的变化规律图。
通过FLUENT的后处理结果能够对TIG焊电弧内部的⼀些温度场、流场等情况进⾏形象的表述。
基于⾃然燃烧的TIG焊接电弧的数值分析，有助于进⼀步理解焊接过程的物理实质，合理地选择焊接⼯艺和⼯艺参数，并为冶⾦分析提供进⼀步的理论依据。
为今后的理论研究和⼯业⽣产奠定基础。
关键词：TIG 焊；FLUENT 软件；数值模拟；电弧AbstractGTAW (TIG welding ) is a modern industrial production, used widely as a welding method, this method has a small weld heat-affected zone , weld appearance, easy to control , and many other advantages. So for TIG welding techniques to simulate , to better understand and control the entire welding process , the simulated temperature and flow field TIG welding arc is of great significance .Numerical simulation of a wide range of technical applications, this paper is the use of finite element analysis software FLUENT, TIG welding creates realistic finite element model of the natural burning arc . According to hydrodynamic mass, momentum and energy conservation equations , selecting appropriate boundary conditions and the variations of temperature field in Figure TIG welding arc flow field distribution . Able for some temperature and flow fields, etc. TIG welding arc carried the image of the interior of expression through post-processing of results of FLUENT .Numerical TIG welding arc burning natural -based analysis helps to further understand the physical substance of the welding process , a reasonable choice of welding processes and process parameters, and provides a theoretical basis for further metallurgical analysis. Lay the foundation for future theoretical research and industrial production.Key Words：TIG welding; FLUENT software; numerical simulation; arc⽬录第1 章绪论 (1)1.2 国外对TIG焊接电弧的研究 (1)1.3 国内对焊接电弧的研究状况 (4)1.4 本⽂研究的内容和意义 (5)第2 章理论基础 (6)2.1 焊接电弧 (6)2.1.1⽓体原⼦的激发与电离 (6)2.1.2电⼦发射 (7)2.1.3弧柱区的导电特性 (7)2.1.4电弧的⼒学特性 (8)2.2 流体动⼒学基础 (8)2.2.1 质量守恒定律 (8)（2-1） (9)2.2.2 动量守恒定律 (9)2.2.3 能量守恒定律 (9)2.3 FLUENT 软件简介 (9)2.3.1 FLUENT 算法 (10)2.3.2 FLUENT 计算流程 (11)2.4本章⼩结 (11)第3 章焊接的数值模拟及分析结果 (12)3.1 焊接电弧的数学模型 (12)3.1.1 基本假设 (12)3.1.2 控制⽅程 ............................... 错误！未定义书签。
冷库温控系统的设计与优化
冷库温控系统的设计与优化冷库是保持食品、药品等易变质物品新鲜度和品质的重要设施。
其中，温控系统的设计与优化尤为关键，可以有效提高冷库的性能和能效。
本文将重点探讨冷库温控系统的设计原则和优化方法，希望对相关从业人员和冷库运营商提供实用的参考。
一、冷库温控系统的设计原则1. 室内温度平衡性：冷库内各个区域的温度应该保持均衡，防止过热或过冷的现象发生。
设计时应合理布置通风口和出风口，以确保空气流动均匀。
2. 温度控制精度：保持冷库内部温度稳定是确保储存货物品质的关键。
一般来说，温度控制精度应控制在±0.5°C以内，以确保货物的新鲜度和保存期限。
3. 节能环保：冷库的正常运行需要消耗大量的能源。
在设计过程中，应该考虑采用高效的制冷设备和节能控制系统，以减少能源的浪费和对环境的影响。
4. 安全稳定性：冷库温控系统的设计应具备安全性和稳定性。
应考虑到电力供应的可靠性，合理配置备用电源和保护装置，以应对突发的电力故障。
二、冷库温控系统的优化方法1. 温度传感器的选择与布置：温度传感器是温控系统的核心，冷库的温度监测与控制主要依赖于传感器的准确性和敏感性。
在选择传感器时，应优先考虑高精度、高稳定性的产品，并根据冷库的布局合理进行传感器的布置，以保证温度监测的覆盖范围和准确度。
2. 制冷设备的优化：制冷设备是冷库温控系统的核心组成部分，其性能的优劣直接影响到冷库的运行效果。
在优化制冷设备时，可以考虑采用高效节能的压缩机、换热器和蓄冷设备，提高整体能效和制冷效果。
3. 控制算法的改进：温控系统的控制算法对于冷库的温度稳定和能源消耗具有重要影响。
通过改进控制算法，可以实现更精确的温度控制，提高系统的自适应性和响应速度。
例如，采用先进的PID控制算法来实现温度的闭环控制，可以有效减少温度波动。
4. 数据监测与分析：通过数据的实时监测和分析，可以了解冷库温控系统的运行状态和性能指标，及时发现问题并进行调整和改进。
冷藏集装箱内部温度场的特性研究
Ｔｈ ｅ Ｄｉ ｓ ｔ ｒ ｉ ｂｕ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｔ ｈｅ Ｔｅ ｍｐ ｅ ｒ ａ ｔ ｕ ｒ ｅ Ｆｉ ｅ ｌ ｄ Ｉ ｎｓ ｉ ｄ ｅ ｈｅ ｔ Ｒｅ ｅ ｆ ｅ ｒ Ｃｏ ｎ ｔ ａ ｉ ｎ ｅ ｒ
ＬＯＵ Ｚｏ ｎ ｇ ｍｉ ， ＣＡＯ Ｄａ ｎ， ＫＡＮ Ａｎ ｋ ａ ｎ ｇ， ＺＨＡＮＧ Ｔ ｉ ｎ ｇ ｔ ｉ ｎ ｇ
外 壁 面为边 界条 件 ，将 冷藏集 装 箱 内空气 的 自然对
１ 引 言
冷 藏集 装 箱 运 输 是 冷 藏 链 的 重 要 环 节 之 一 ＿ １ Ｊ ， 正 日益成 为冷 藏运 输 的命 脉 ，冷 藏集 装 箱 中 的食 物 保存 质 量 直 接 依 赖 于 箱 内 的 空 气 流 场 和 温 度 分 布 ２。由于冷 藏集 装箱 内部温 度 场分 布 不均 造 成 的
ｄ ｅ ｒ 和 Ｓ ｐ ａ ｌ ｄ ｉ ｎ ｇ 提 出 。在 湍 流 动能 方 程 的基 础 之 上 ，
经济损失也是 巨大的，因此对冷藏集装箱内部温度
场 特 性 的研究 和 优化 迫在 眉 睫 。 以往仿 真 冷藏 集装 箱 内温 度 场 和流 场 时 ，是 以 室 内的空气 为 研究 对象 ，以冷藏 集 装 箱 的 内壁 面 为
（上海海事大学 商 船学 院 ，上海 ２ ０ ０ １ ３ ５）
［ 摘要 ］ 本文基 于紊 流模型下进行 三维稳 态空气 流进行 计算 模拟仿 真 ，研究 冷藏集 装箱 内部 温度分 布特 性 ，得到送风状 态 、墙壁的绝热性能等对冷 藏集 装箱 内部温度分布 的影 响 ，对进一步 开展 冷藏 集装 箱货物
（ Ｍｅ ｒ ｃ ｈ ａ ｎ ｔ ｍ ａ ｒ ｉ ｎ ｅ ｃ ｏ ｉ ｆ ｅ ｇ ｅ Ｓ ｈ ａ ｎ ｇ ｈ ａ ｉ Ｍａ ｒ ｉ ｔ ｉ ｍ ｅ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ，Ｓ ｈ ｎｇ ａ ｈ ａ ｉ ２ ０ ０ １ ３ ５）
温度场仿真技术应用总结
温度场仿真技术应用总结温度场仿真技术应用总结温度场仿真技术是一种利用计算机模拟和预测物体内部和周围温度分布的技术。
它是热力学领域的一个重要工具，广泛应用于工程设计、产品优化和环境分析等领域。
下面将逐步介绍温度场仿真技术的应用过程。
第一步是建立几何模型。
在进行温度场仿真之前，需要先建立待分析物体的几何模型。
这可以通过计算机辅助设计（CAD）软件实现，或者通过扫描物体的三维模型进行导入。
几何模型应包含待分析物体的所有细节和边界条件。
第二步是设置边界条件。
边界条件是指在仿真过程中需要考虑的物体表面的温度或热通量。
根据实际问题的要求，可以设置不同的边界条件，如恒定温度、边界热通量或者边界换热系数。
这些边界条件将对温度场的分布产生重要影响。
第三步是选择适当的数值方法。
温度场仿真通常使用数值方法来近似物体内部的温度分布。
常见的数值方法包括有限元法、有限差分法和有限体积法等。
选择适当的数值方法要考虑到模型的复杂度、计算成本和精度要求等因素。
第四步是进行网格划分。
在进行数值计算之前，需要将物体划分为离散的网格。
网格划分的密度和形状对结果的精度和计算效率有重要影响。
通常情况下，复杂的几何模型需要更细的网格划分，以获取更准确的温度分布。
第五步是进行数值计算。
在完成网格划分后，可以利用数值方法对温度场进行计算。
通过求解热传导方程或者其他相关方程，可以得到物体内部各个节点的温度分布。
计算过程中需要考虑网格的传热特性、边界条件以及其他可能的影响因素。
第六步是分析结果并优化设计。
在得到温度场的仿真结果后，可以进行结果分析和优化设计。
通过对温度分布进行可视化和统计分析，可以了解物体内部和周围的热传输情况，发现潜在的热点或者温度不均匀现象。
根据分析结果，可以对物体的结构、材料或者边界条件等进行优化设计，以提高温度分布的均匀性和稳定性。
综上所述，温度场仿真技术在工程设计和产品优化中具有广泛的应用前景。
通过建立几何模型、设置边界条件、选择数值方法、进行网格划分和数值计算，可以预测和分析物体内部和周围的温度分布。
温度场仿真模拟
温度场仿真模拟温度场仿真模拟温度场仿真模拟是一种使用计算机模拟工具来预测和分析物体表面温度分布的方法。
下面我们将一步一步地介绍如何进行温度场仿真模拟。
1. 定义问题：首先，我们需要明确仿真模拟的问题是什么。
例如，我们可能想要预测一个电子设备的温度分布，以便确定是否需要进一步的散热措施。
2. 收集数据：在进行温度场仿真模拟之前，我们需要收集一些必要的数据。
这包括物体的几何形状和材料属性，环境条件（如气温、湿度等）以及可能的热源。
3. 建立数学模型：根据收集到的数据，我们需要建立一个数学模型来描述物体的热传导行为。
最常用的模型是热传导方程，它描述了热量在物体内部的传递方式。
4. 离散化：由于实际物体是连续的，而计算机只能处理离散的数据，我们需要将物体的几何形状离散化为小的单元格或节点。
这样，我们可以在每个离散化的位置上计算温度。
5. 边界条件：为了模拟真实情况，我们需要定义物体表面的边界条件。
这包括表面温度、热流或对流换热等。
6. 网格生成：在离散化的基础上，我们需要生成一个网格，将物体分割为小的单元格或节点。
网格的选择取决于物体的几何形状和仿真的要求。
7. 求解数值方程：通过数值方法，我们可以求解离散化的数学模型。
常见的数值方法包括有限元法、有限差分法和有限体积法等。
8. 迭代求解：由于热传导过程是一个时间依赖的过程，我们需要进行迭代求解，逐步更新温度场。
迭代的次数取决于模拟的时间范围和精度要求。
9. 结果分析：在求解完成后，我们可以分析仿真结果。
例如，我们可以绘制温度云图，以直观地展示物体表面的温度分布情况。
10. 结论与优化：最后，我们可以根据仿真结果得出一些结论，并进行可能的优化。
例如，如果某些区域温度过高，我们可以考虑增加散热器或优化材料选型来改善散热效果。
综上所述，温度场仿真模拟是一种强大的工具，可以预测和分析物体表面温度分布。
通过定义问题、收集数据、建立数学模型、离散化、边界条件、网格生成、求解数值方程、迭代求解、结果分析和结论与优化等步骤，我们可以进行一次有效的温度场仿真模拟。
风冷冰箱冷冻室温度均匀性的改善
西安工程大学学报J o u r n a l o f X i a n P o l y t e c h n i c U n i v e r s i t y第36卷第4期(总176期)2022年8月V o l .36,N o .4(S u m.N o .176)引文格式:应雨铮,刘国强,晏刚,等.风冷冰箱冷冻室温度均匀性的改善[J ].西安工程大学学报,2022,36(4):63-70.Y I N G Y u z h e n g ,L I U G u o q i a n g ,Y A N G a n g ,e t a l .I m p r o v e m e n t o f t e m p e r a t u r e u n i f o r m i t y i n f r e e z e r s t o r a ge c h a m b e r of a i r -c o o l e d r e f r ig e r a t o r [J ].J o u r n a l o f X i a n P o l y t e ch ni c U n i v e r s i t y,2022,36(4):63-70. 收稿日期:2022-02-14基金项目:国家自然科学基金(52076160) 第一作者:应雨铮(1997 ),女,西安交通大学硕士研究生㊂ 通信作者:晏刚(1971 ),男,西安交通大学教授,博士,研究方向为制冷与低温系统及热物理过程㊂E -m a i l :g y a n @m a i l .x jt u .e d u .c n 风冷冰箱冷冻室温度均匀性的改善应雨铮1,刘国强1,晏 刚1,李志强2,曹端泉2(1.西安交通大学能源与动力工程学院,陕西西安710049;2.中国电器科学研究院股份有限公司,广东广州510860)摘要:为改善冰箱间室温度的均匀性,从优化风道结构出发,基于C F D 数值模拟技术,对冰箱间室流场与温度场进行数值仿真㊂建立冰箱间室流场与温度场数值仿真模型;分析初始风道存在的问题,并提出了优化方案;利用实验验证数值仿真模型的准确性㊂结果表明:基于等边基元法思想优化风道结构,能够有效改善送风到内的风量分配和间室温度均匀性,风冷冰箱在风道优化后冷冻室温度偏差由3.7ħ降低到1.2ħ㊂关键词:风道系统;风冷冰箱;温度均匀性;C F D数值模拟开放科学(资源服务)标识码(O S I D )中图分类号:T B 657.4 文章编号:1674-649X (2022)04-063-08文献标志码:A D O I :10.13338/j.i s s n .1674-649x .2022.04.009I m p r o v e m e n t o f t e m p e r a t u r e u n i f o r m i t yi n f r e e z e r s t o r a g e c h a m b e r o f a i r -c o o l e d r e f r i ge r a t o r Y I N G Y u z h e n g 1,L I U G u o q i a n g 1,Y A N G a n g 1,L I Z h i q i a n g 2,C A O D u a n qu a n 2(1.S c h o o l o f E n e r g y a n d P o w e r E n g i n e e r i n g ,X i a n J i a o t o n g U n i v e r s i t y,X i a n 710049,C h i n a ;2.C h i n a N a t i o n a l E l e c t r i c A p p a r a t u s R e s e a r c h I n s t i t u t e ,G u a n gz h o u 510860,C h i n a )A b s t r a c t :I n o r d e r t o i m p r o v e t e m p e r a t u r e u n i f o r m i t y o f t h e s t o r a ge c h a m b e r ,C F Df l u e n t n u m e r i -c a l s i m u l a t i o n w a s u t i l i z e d t o s i m u l a t e v e l o c i t y a n d t e m p e r a t u r e d i s t r i b u t i o n s i n s i d e t h e s t o r a ge c h a m b e r s of a t o p -m o u n t e d a i r -c o o l e d r e f r ig e r a t o r b a s e d o n o pt i m i z a t i o n o f a i r d u c t s t r u c t u r e .N u m e r i c a l s i m u l a t i o n m o d e l o f v e l o c i t y a n d t e m p e r a t u r e d i s t r i b u t i o n s i n s i d e r e f r i ge r a t o r c h a m b e r s w a s e s t a b l i s h e d .T h ef l o w p r o b l e m s e x i s t i ng i n th ei n i t i a l a i r d u c t w a s a n a l y s e d .T h e p r o po s e d s o l u t i o n t o t h i s p r o b l e m w a s p u t f o r w a r d .T h e a c c u r a c y of t h e n u m e r i c a l s i m u l a t i o n m o d e l w a s v e r i f i e d b y t e m p e r a t u r e t e s t .T h e r e s u l t s i n d i c a t e t h a t t h e o pt i m i z a t i o n o f a i r d u c t s t r u c t u r e b a s e d Copyright ©博看网. All Rights Reserved.o n e q u i l a t e r a l e l e m e n t m e t h o d c o u l d e f f e c t i v e l y i m pr o v e t h e a i r v o l u m e d i s t r i b u t i o n a n d t h e t e m -p e r a t u r e u n i f o r m i t y i n s i d e t h e c h a m b e r ,w i t h t e m p e r a t u r e d e v i a t i o n i n f r e e z e r s t o r a ge c h a m b e r r e -d u c e df r o m 3.7ħt o 1.2ħa f t e r o pt i m i z a t i o n .K e y wo r d s :a i r -d u c t s y s t e m ;a i r -c o o l e d r e f r i g e r a t o r ;t e m p e r a t u r e u n i f o r m i t y ;C F D n u m e r i c a l s i m u l a t i o n 0 引 言随着人们生活水平的提高,家用冰箱成为每家每户的生活必需品㊂现阶段,风冷冰箱逐渐成为市场主流㊂同时,随着人们对生活品质的追求,对冰箱的要求已不局限于冷冻或保持低温,而是对节能㊁食品保鲜㊁除味㊁智能化等有了更高的要求㊂其中冰箱的节能和保鲜性能是备受关注的评价指标㊂冰箱节能和性能提升技术一直是学者们的研究热点㊂冰箱能耗与其热负荷息息相关,冰箱热负荷的传热机理及绝热性能提升技术对冰箱热负荷的研究尤其重要[1]㊂保温层厚度和材料优化[2]㊁冰箱开门漏热量[3]及门封结构优化[4]等技术是减少冰箱热负荷的有效途径㊂良好的冰箱性能是多因素高效耦合的结果㊂提升制冷系统性能[5]㊁双风机运行策略优化[6]㊁改善风道冰堵[7]及可调节风口设计[8]等可降低冰箱的整体能耗并充分发挥各部件的工作能力㊂不仅使冰箱性能得以提升,同时融入按需供冷的节能思路,解决了冰箱在实际使用中面临的问题㊂目前,国内冰箱对食品保鲜性的研究主要集中于间室温度分布及改善[9-11]㊁减少间室温度波动性[12-13]和强化间室湿度控制[14-15]等,特别是针对间室温度分布及其改善的相关研究㊂C F D 数值仿真技术由于具有低成本㊁短周期的优势,在间室温度分布研究领域备受瞩目㊂如何准确预测间室温度分布情况是温度均匀性改善的前提㊂文献[9-11]针对冰箱间室C F D 仿真方法及边界条件选取合理性展开研究㊂基于较为准确的C F D 数值仿真方法,学者们聚焦于通过优化风道结构提高间室温度均匀性㊂风道结构优化的目的之一在于优化风道及各送风口的风量分配,并选择合适的风口形式,达到最大的冷却效果和冷却效率,实现间室温度均匀的最终目标[16-17]㊂更进一步,学者们也关注于风道系统对间室温度分布的作用,主要从风口位置[18]㊁风口大小[19]㊁风口角度[20]等方面展开研究㊂为了提高数值模拟的准确性,本文建立了较为完整的风冷冰箱整机模型,应用数值仿真软件A N -S Y S f l u e n t,研究了一种上冷冻下冷藏型风冷冰箱间室内的温度分布㊂根据仿真结果,提出了冷冻室送风道的优化方案,并验证了C F D 模型的正确性㊂1 温度场数值仿真方法1.1 物理模型研究对象为某B C D 430型双间室风冷冰箱,上部为冷冻室,下部为冷藏室㊂冰箱两间室总容积为430L ㊂为了能够准确仿真间室的温度场,考虑了影响间室空气流动㊁间室换热的主要部件,包括间室㊁风道系统㊁蒸发器㊁离心风机㊁玻璃隔板㊁门搁架㊁果蔬盒㊁保温层㊁门封㊁防凝露管㊁压缩机仓和冷凝器,各部件在冰箱模型中的布置与分布如图1所示㊂冷冻室共有4个送风口,分别命名为左上送风口㊁左下送风口㊁右上送风口和右下送风口㊂图1 风冷冰箱物理模型F i g .1 P h y s i c a l m o d e l o f a i r -c o o l e d r e f r i ge r a t o r 46西安工程大学学报第36卷Copyright ©博看网. All Rights Reserved.1.2 数学模型对速度场和温度场的数值仿真计算考虑以下假设:①稳态流动;②不可压缩流体;③无滑移边界条件;④忽略间室内壁之间的辐射换热,⑤理想气体㊂基于上述假设,流场与温度场数值模拟满足连续性㊁动量和能量3个方程[21-22]:连续性方程:∂u ∂x +∂v ∂y +∂w∂z =0(1)x 方向动量守恒方程:u∂u ∂x +v ∂u ∂y +w ∂u ∂z =-1ρ∂p ∂x +υ 2u (2)y 方向动量守恒方程:u ∂v ∂x +v ∂v ∂y +w ∂v ∂z =-1ρ∂p∂y +v 2v +g β(T -T 0)+S i (3)z 方向动量守恒方程:u∂w ∂x +v ∂w ∂y+w ∂w∂z =-1ρ∂p ∂z +υ 2w (4)能量守恒方程:u∂T ∂x +v ∂T ∂y+w ∂T ∂z =α 2T (5)式中:u ㊁v ㊁w 分别为速度在x ㊁y ㊁z 坐标轴的分量;p ㊁ρ㊁T ㊁α㊁β㊁υ和g 分别为压力㊁密度㊁温度㊁热扩散率㊁热膨胀系数㊁运动黏度和重力加速度;S i 代表由多孔介质模型得到的动量源项㊂蒸发器在风冷冰箱中的位置及空气流经蒸发器的方向如图2所示,空气在蒸发器处的主要流动体现在y 方向㊂空气经回风道后从蒸发器底部经过蒸发器,又从蒸发器顶部流出,从而形成了空气的内循环流动㊂在y 方向动量方程中应考虑蒸发器的动量㊂图2 空气流经蒸发器的主流方向F i g .2 T h e d i r e c t i o n o f a i r f l o w t h r o u gh e v a po r a t o r 1.3 计算模型1.3.1 蒸发器多孔介质模型B C D 430风冷冰箱蒸发器采用翅片管式换热器,如图3所示㊂图3 风冷冰箱翅片管蒸发器F i g .3 F i n n e d -t u b e e v a po r a t o r o f a i r -c o o l e d r e f r i ge r a t o r 蒸发器翅片厚度为0.15mm ,翅片间距有3种,分别为4.85mm ㊁7.35mm 和9.85mm ,越向蒸发器下部翅片分布越稀疏㊂若仿真物理模型中包含该翅片管蒸发器,翅片的繁密性和紧凑性及相对紧凑会增加计算机计算量和计算难度㊂多孔介质技术实质是在动量方程中考虑蒸发器形成的阻力项㊂设S i 为多孔介质蒸发器形成的阻力,则S i =-μαv +C 12ρ|v |v(6)式中:|v |为蒸发器风侧风速大小;v 为蒸发器风侧风速;1/α为黏性阻力系数;C 为惯性阻力系数㊂多孔介质的阻力项利用空气压降代替㊂将式(6)式以空气压降和速度的形式可以表示为Δp =C 1v 2+C 2v (7)式中:为Δp 为空气压降;C 1为变形的惯性阻力系数;C 2为变形的黏性阻力系数㊂由式(6)㊁(7)分析可知,多孔介质黏性阻力系数和惯性阻力系数可以通过蒸发器风速与风侧压降的关系获得㊂采用数值模拟的方法,计算不同入口风速下蒸发器的风侧压降,得到风侧压降与风速的数学关系㊂为构建冰箱内空气的内循环流动,以蒸发器y 方向的压降为主要的参数,x 和z 方向的压降为次要参数㊂物理模型包括蒸发器与风道,风道宽度与蒸发器厚度相同,符合风冷冰箱蒸发器与风道几何关系设计㊂使风道结构的紧凑化,进一步增大冰箱间室容积㊂风道长度方向两侧均大于蒸发器长度5mm ,风道高度方向两侧均大于蒸发器高度10mm ,蒸发器物理模型如图4所示㊂56第4期 应雨铮,等:风冷冰箱冷冻室温度均匀性的改善Copyright ©博看网. All Rights Reserved.图4翅片管蒸发器数值模拟的物理模型F i g.4 N u m e r i c a l s i m u l a t i o n p h y s i c a l m o d e lo f f i n n e d t u b e e v a p o r a t o r由于蒸发器翅片厚度仅为0.15mm,网格划分的最小尺寸需ɤ0.15mm,对网格划分方法与划分数量造成了巨大的挑战㊂为了减小网格划分的难度并保持蒸发器风侧原有的流动特性,将蒸发器翅片厚度由0.15mm增加至1mm,并保持翅片间距不变,仍为4.85mm㊁7.35mm和9.85mm㊂利用F l u e n t m e s h i n g划分网格,并且采用多面体网格减少网格数量,最终网格数量定为350万㊂蒸发器空气流动数值模拟中,假设空气密度恒定,为1.225k g/m3㊂采用标准壁面函数的k-εs t a n d a r d 湍流模型,进行湍流流动模拟;压力求解器选用S I M L P E算法,残差精度选取10-5㊂空气入口边界条件采用速度入口(V e l o c i t y-i n l e t),认为该平面上速度为一恒定值,空气出口边界条件采用O u t f l o w 边界,仿真结果如表1所示㊂表1蒸发器速度压降数值模拟结果T a b.1 N u m e r i c a l s i m u l a t i o n r e s u l t s o f v e l o c i t y-p r e s s u r ed r o p i ne v a p o r a t o r空气入口速度v/(m㊃s-1)蒸发器风侧压降Δp/P a0.00.00.51.01.02.51.54.52.07.0根据表1的数值仿真结果,拟合出y方向空气压降与风速的函数关系,如图5所示㊂根据式(6)㊁(7),计算出黏性㊁惯性阻力系数分别为465705和9.07㊂图5y方向多孔介质空气压降与风速的关系F i g.5 R e l a t i o n s h i p b e t w e e n a i r p r e s s u r ed r o p a n d w i n d ve l o c i t y i n p o r o u sm e d i a o f y d i r e c t i o n1.3.2风机多参考坐标系模型由于离心风机布置于送风道内,风机出口空气的离心旋转式流动特性对其在风道内的流动至关重要㊂离心风机多重参考系模型(M R F模型)是F l u-e n t软件提出的3种旋转机械模型之一㊂该方法适用于稳态模型,基于定常参数计算,耗时少,在风机流场模拟中得到了广泛的应用㊂M R F模型需要定义旋转域的旋转中心㊁旋转方向和转速,以便于旋转域形成有效的定中心㊁定方向㊁定转速的稳态旋转运动㊂本文风机的转速设置为1500r/m i n㊂1.3.3数值仿真方法及边界条件对冰箱温度场的三维数值仿真采用标准壁面函数的R N G k-ε湍流模型,S I M P L E压力速度求解器㊂对流项采用一阶迎风格式,压力相关项采用二阶迎风格式㊂模拟外界环境干球温度43ħ㊁相对湿度50%对冰箱间室的传热现象㊂冰箱保温层采用聚氨酯材料,导热系数为0.02W/(m㊃K),假定保温墙外表面的换热系数为11.7W/(m2㊃K)[23]㊂冰箱中的玻璃搁架材料为普通玻璃;门搁架和果蔬盒为A B S材料;门封材料为P V C材质㊂由于门封与环境接触表面面积较小,故选取空气自然对流传热系数经验范围的中间值进行计算,门封外壁的传热系数设置为5W/(m2㊃K)[24]㊂冷凝器为镀锌钢管㊂数值仿真的边界条件如表2所示,其中冷凝器外壁㊁压缩机仓外壁㊁防凝露管外壁和蒸发器恒定温度数据均来源于实验测试㊂蒸发器动量的数值仿真采用多孔介质模型,并假设被蒸发器冷却后的空气温度始终能保持在-25ħ㊂66西安工程大学学报第36卷Copyright©博看网. All Rights Reserved.表2 数值仿真边界条件T a b .2 N u m e r i c a l S i m u l a t i o n b o u n d a r y co n d i t i o n s 壁面名称边界条件保温层外壁对流换热系数:11.7W /(m 2㊃K );环境温度:43ħ门封外壁对流换热系数:5W /(m 2㊃K );环境温度:43ħ冷凝器外壁恒定温度:49.4ħ/60.4ħ(左侧冷凝器/右侧冷凝器)压缩机仓外壁恒定温度:49.1ħ防凝露管外壁恒定温度:53.2ħ冰箱底面恒定温度:43ħ蒸发器恒定温度:-25ħ2 风道优化2.1 初始风道结构存在问题冷冻室内初始风道(送风道)结构的几何形状和风道内数值仿真速度矢量如图6所示㊂图6 初始结构送风道内速度矢量F i g .6 V e l o c i t y ve c t o r of i n i t i a l a i r d u c t 从图6可直观的看出:虽然区域A 和区域B 结构是对称的,但区域A 中空气流线相较区域B 更加流畅,区域B 中存在较多的涡流,即区域A 和区域B 中的空气流线并不对称㊂造成这种现象的原因是风机出口的空气具有逆时针离心旋转运动的规律,区域A 的风道结构与空气流动规律一致,而区域B 的风道结构则与空气流动规律相反㊂由于区域C 的节流设计,使得区域C 上部风道内的空气流速明显大于下部,上层风口的风量明显大于下层风口㊂按照标准E N 62552 2013,选取适合该款冰箱检验温度均匀性的温度测点,测量冷冻室的温度分布㊂在冷冻室布置5个测点,测点分布如图7所示㊂图7中D 为冷冻室深度,W 为冷冻室宽度㊂图7 测点分布F i g .7 D i s t r i b u t i o n o f m e a s u r i n g po i n t s 2.2 优化方法针对初始风道结构存在的问题及其原因,提出2种风道结构优化方案㊂根据上述分析可知,下层2个风口风量明显小于上层,原因主要是风机下部的节流结构㊂因此,基于等边基元法对风道结构进行优化,结果如图8中区域A 和区域B 所示[25-26]㊂ (a )优化结构Ⅰ (b)优化结构Ⅱ图8 优化风道结构F i g .8 O pt i m i z e d a i r d u c t s t r u c t u r e 图8中,H 为冷冻室送风道内风机下方节流结构宽度㊂同时,区域A 和B 中风道结构有向外扩增的趋势,增加了送风道的送风面积,空气向下部的流通区域增加,有利于空气向下部流动㊂此外,在上层风口部位增加挡风结构:优化风道Ⅰ上层两风口均有挡风结构,见图8(a )区域C ;优化风道Ⅱ左上送风口处设置挡风结构,见图8(b )区域D ㊂挡风结构的形状也参考了空气旋转流动规律㊂2.3 优化效果图9为优化后风道内空气速度矢量图㊂图9(a)中区域A 为进入左下送风口的送风道,该风道入口宽度增加且符合风机出口空气流动规律,其中的空气流动相较初始模型风量增加且分布较为充实㊂相反,由于风机左下部节流结构向风机处移动,优化风道Ⅱ结构在该段风道内存在涡流现象,节流结构的挡风效果明显,见图9(b )区域B ㊂图9(a )区域C 内为通向左上送风口的送风道,受风机上方挡风结构和下部节流结构宽度增加的分流影响,该区域内的空气流速与初始结构和优化风道Ⅱ(图9(b)区域D )相比较小㊂同样地,由于挡风结构的存在,76第4期 应雨铮,等:风冷冰箱冷冻室温度均匀性的改善Copyright ©博看网. All Rights Reserved.右上送风口送风道内的空气虽流形流畅,但进入右上风口的风量减小㊂(a)优化结构Ⅰ(b)优化结构Ⅱ图9 优化风道结构送风道速度矢量F i g .9 V e l o c i t y v e c t o r o f o pt i m i z e d a i r d u c t s t r u c t u r e图10为冷冻室4个送风口的风量分布㊂从图10可以看出,初始风道结构4个风口的风量分配不均匀度较为明显㊂水平方向看,冷冻室上层左侧风口风量大于右侧风口,下层左侧风口风量及其微小;垂直方向看,冷冻室上层风口明显高于下层风口㊂这些现象均是由风机下部的节流结构引起的㊂而2种优化结构不仅使冷冻室左右对称风口风量相近,而且增加了下层风口的风量㊂尤其优化风道Ⅱ的风口风量分配均匀性效果更为明显,间接说明优化结构对风量分配均匀的有效性㊂图10 冷冻室送风口风量分布F i g .10 A i r v o l u m e d i s t r i b u t i o n o f a i r s u p p l yo u t l e t i n f r e e z e r c h a m b e r图11为初始结构㊁优化结构Ⅰ及优化结构Ⅱ等3种风道结构冰箱冷冻室温度场特定测点数值仿真结果㊂从图11可以看出:初始风道结构F 4测点温度最高,为-20.3ħ,F 1测点温度最低,为-24.0ħ,二者的偏差为3.7ħ;优化风道Ⅰ同样也是F 4点温度最高,但相较于初始风道结构,最高点温度有显著下降,为-21.5ħ,F 1测点温度最低,为-23.8ħ,二者偏差为2.3ħ;优化风道Ⅱ温度均匀性最好,其最高温度为-22.5ħ,最低温度为-23.7ħ,二者的偏差为1.2ħ㊂图11 冰箱数值仿真测点温度分布F i g .11 T e m p e r a t u r e d i s t r i b u t i o n o f m e a s u r i n gpo i n t s n u m e r i c a l s i m u l a t i o n r e s u l t s 图12为2种优化风道冷冻室上层2个对称风口中心截面的温度云图㊂从图12可以明显看出:由于风机右上风口送风道内无挡风结构且风机下部节流结构距离的缩短,使得上层风口风道内的阻力减少且分流减少,上层风口风量增大,使间室上层的温度降低㊂虽然优化风道Ⅰ下层风口风量大于优化风道Ⅱ,但下层降温效果并不明显㊂一方面受风道内空气流动和压力的影响,使得下层风口的送风角度㊁风口速度分布不同;另一方面由于冷冻室采用上送下回的气流组织形式,上层送风的回流作用也是影响下层间室降温的关键因素㊂优化风道Ⅰ上层风口风量较小,其射程和回流流速较小,不能起到很好的降温效果;而优化风道Ⅱ较好地利用了上层风口和下层风口流动规律,具有最优的温度均匀性㊂3 实验验证将优化风道Ⅱ制作成实验样机用于验证仿真模型的准确性㊂测量图7所示的5个温度测点的温度,并与数值仿真得出的测点温度值作比较㊂实验测试与仿真采用相同的边界条件和冰箱运行工况,实验与仿真结果如表3所示㊂冷冻室5个温度测点的实验值与仿真值的偏差均在ʃ0.5ħ以内,说明数值仿真模型具有一定的可靠性,可以用于指导冰箱风道的设计与研究㊂86西安工程大学学报第36卷Copyright ©博看网. All Rights Reserved.图12 优化风道温度云图F i g .12 T e m p e r a t u r e c l o u d m a p o f o pt i m i z e d a i r d u c t s t r u c t u r e 表3 实验与仿真结果的对比验证T a b .3 C o m p a r i s o n a n d v e r i f i c a t i o n o f e x pe r i m e n t a l a n d s i m u l a t i o n r e s u l t s 单位:ħ测点*实验值仿真值偏差F 1-23.8-23.7-0.1F 2-23.9-23.5-0.4F 3-23.7-23.3-0.4F 4-22.5-22.70.2F 5-23.0-22.5-0.5注:各测点位置见图7㊂4 结 论1)离心风机旋转形成的空气离心运动与风道结构不一致,是造成风量分配不对称㊁间室温度不均匀的关键因素之一㊂因此,对风机出口附近的送风道结构进行优化设计是一个至关重要的过程㊂2)参考离心风机蜗壳设计思路优化的风道结构可有效改善风道系统的风量分配特性,提升冷冻室的温度均匀性,间室内最大温度偏差可从3.7ħ降低至1.2ħ㊂3)本文所使用的数值仿真方法与同工况同边界条件的实验结果具有较高的吻合度,证明了数值仿真方法具有一定的准确性,对冰箱风道系统设计与开发具有一定的指导意义㊂参考文献(R e f e r e n c e s):[1] 应雨铮,刘国强,晏刚.商用冷柜热负荷分析及其绝热技术的研究进展[J ].制冷与空调,2021,21(10):7-15.Y I N G Y Z ,L I U G Q ,Y A N G.H e a t l o a d a n a l ys i s a n d r e s e a r c h d e v e l o p m e n t o f t h e r m a l i n s u l a t i o n t e c h n o l o g yf o r c o mm e r c i a l r e f r ig e r a t e d c a b i n e t [J ].R e f r i ge r a t i o n a n d A i r -C o n d i t i o n i n g,2021,21(10):7-15.(i n C h i n e s e )[2] 吴园,刘鹏,崔培培,等.聚氨酯泡沫在冰箱应用的几点思考[J ].家电科技,2020(增刊1):197-199.WU Y ,L I U P ,C U I P P ,e t a l .S o m e t h o u g h t s o n t h e a p p l i c a t i o n o f p o l y u r e t h a n e f o a m i n r e f r i ge r a t o r [J ].J o u r n a l of A p p l i a n c e S c i e n c e &T e c h n o l og y ,2020(S 1):197-199.(i n Chi n e s e)[3] 刘璐,詹飞龙,丁国良,等.风冷冰箱开关门过程中箱室内温度场变化的C F D 模拟[J ].家电科技,2021(5):36-40.L I U L ,Z H A N F L ,D I N G G L ,e t a l .C F D s i m u l a t i o n o ft e m p e r a t u r e f i e l d i n f r o s t -f r e e r e f r i g e r a t o r d u r i n g th e d o o r o p e n i n g a n d c l o s i n g p r o c e s s [J ].J o u r n a l o f A p pl i a n c e S c i -e n c e &T e c h n o l o g y ,2021(5):36-40.(i n C h i n e s e )[4] 崔培培,王瑶,田亚明.风冷冰箱门封漏冷特性研究[J ].家电科技,2019(6):80-84.C U I P P ,WA N G Y ,T I A N Y M.A s t u d y on t h e l e a k -a g e c h a r a c t e r i s t i c s o f f r o s t -f r e e r e f r i ge r a t o r c a b i n e t g a s k e t [J ].J o u r n a l of A p pl i a n c e S c i e n c e &T e c h n o l o -g y ,2019(6):80-84.(i n C h i n e s e )[5] S ÖY L E M E Z E ,A L P MA N E ,O N A T A ,e t a l .N u m e r i -c a l (C F D )a n d e x p e r i m e n t a l a n a l y s i s o f h yb r i d h o u s e -h o l d r e f r i g e r a t o r i nc l ud i n g t he r m o e l e c t r i c a n d v a po u r c o m p r e s s i o n c o o l i n g s ys t e m s [J ].I n t e r n a t i o n a l J o u r n a l o f R e f r i ge r a t i o n ,2019,99:300-315.[6] 边昭斌,宫久玲,周文,等.两门双风机风冷冰箱设计与96第4期 应雨铮,等:风冷冰箱冷冻室温度均匀性的改善Copyright ©博看网. All Rights Reserved.研究[J].家电科技,2021(增刊1):5-8.B I A N Z B,G O N G J L,Z H O U W,e t a l.D e s i g n a n d r e-s e a r c h o f t w o d o o r d o u b l e f a n a i r-c o o l e d r e f r i g e r a t o r[J].J o u r n a l o f A p p l i a n c e S c i e n c e&T e c h n o l o g y,2021(S1):5-8.(i n C h i n e s e)[7]刘全义,李清松,陈开松.上冻下藏风冷冰箱风道结冰分析及优化设计[J].日用电器,2021(12):44-47.L I U Q Y,L I Q S,C H E N K S.A n a l y s i s a n d o p t i m i z a t i o nd e s i g n o f i c i n g i n a i r d u c t o f a i r-c o o l e d r e f r i g e r a t o r u n d e rf r e e z i n g[J].E l e c t r i c a l A p p l i a n c e s,2021(12):44-47.(i nC h i n e s e)[8]刘道金.采用滑动档片调节风口的两门风冷冰箱仿真计算探讨[J].家电科技,2018(增刊1):115-117.L I U D J.S t u d y o n t h e w a y s t o c a l c u l a t e t h e k e y f a c t o r o f t h e t w o d o o r f r o s t-f r e e r e f r i g e r a t o r s w i t h s l i d e rd a m pe r[J].J o u r n a l of A p p l i a n c e S c i e n c e&T e c h n o l o-g y,2018(S1):115-117.(i n C h i n e s e)[9] C U I P P,H E L,MO X.F l o w a n d h e a t t r a n s f e r a n a l y s i so f a d o m e s t i c r e f r i g e r a t o r w i t h c o m p l e x w a l l c o n d i t i o n s[J].A p p l i e d T h e r m a l E n g i n e e r i n g,2022,209:118306.[10] HA Q U E M E,B A K A R R A,M I N G G L,e t a l.P r e-d i c t i n g a i r f l o w a n d te m p e r a t u r e p a t t e r n i n s i d e a r e-f r ig e r a t o r th r o u g h C F D[J].J o u r n a l o f E n gi n e e r i n ga n d A p p l i e d S c i e n c e s,2016,11:8621-8628.[11] Y A N G Y K,H U A N G D,Z H A O R J,e t a l.A n a l y s i s o ft e m p e r a t u r e r a p i d r i s e p h e n o m e n o n d u r i n g d a m p e r-o f fc y c l e i n s id e-b y-s i def r o s t-f r e e r e f r ig e r a t o r[J].I n t e r n a-t i o n a l J o u r n a l o f R e f r i g e r a t i o n,2022,133:201-213. [12] L I Z Q,D I N G G L,M I A O S T,e t a l.D e v e l o p m e n t o fn o v e l a i r d i s t r i b u t o r f o r p r e c i s e c o n t r o l o f c o o l i n g c a-p a c i t y d e l i v e r y i n m u l t i-c o m p a r t m e n t i n d i r e c t c o o l i n gh o u s e h o l d r e f r i g e r a t o r s[J].I n t e r n a t i o n a l J o u r n a l o fR e f r i g e r a t i o n,2020,119:175-183.[13] L I Z Q,Z HA O D,D I N G G L,e t a l.I m p r o v i n g d e f r o s-t i n g p e r f o r m a n c e b y c o n t r o l l i n g f r o s t d i s t r i b u t i o n t om a t c h d e f r o s t i n g h e a t d i s t r i b u t i o n i n f r o s t-f r e e h o u s e-h o l d r e f r i g e r a t o r s[J].I n t e r n a t i o n a l J o u r n a l o f R e f r i g-e r a t i o n,2017,77:136-148.[14]孙靖.基于风冷冰箱回风化霜加湿的机理谈冰箱湿度问题[J].科学之友,2013(10):66-67.S U N J.B a s e d o n f r o s t w e a t h e r i n g h u m i d i f i e d a i r r e-f r ig e r a t o r b a c k m e ch a ni s m t a n r e f r i g e r a t o r h u m i d i t yp r o b l e m s[J].F r i e n d o f S c i e n c e A m a t e u r s,2013(10):66-67.(i n C h i n e s e)[15]方忠诚,江明波,吴廷伯,等.利用回风化霜提高风冷冰箱湿度的研究[J].制冷技术,2011,31(4):35-39.F A NG Z C,J I A N G M B,WU T B,e t a l.R e s e a r c h o ni m p r o v i n g t h e h u m i d i t y o f a n o-f r o s t r e f r i g e r a t o r d e-f r o s t i ng b y th e r e t u r n ai r[J].R e f r i g e r a t i o n T e c h n o l o-g y,2011,31(4):35-39.(i n C h i n e s e)[16]方旭红,谢玉兵.基于内流场分析的风冷冰箱结构优化设计研究[J].中小企业管理与科技,2017(9):139-140.F A NG X H,X I E Y B.S t u d y o n o p t i m i z a t i o n d e s i g no f a i r-c o o l e d r e f r i g e r a t o r b a s e d o n t h e a n a l y s i s o f i n-t e r n a l f l o w f i e l d[J].M a n a g e m e n t&T e c h n o l o g y o fS M E,2017(9):139-140.(i n C h i n e s e) [17]赵越,韩丽丽,张守杰,等.基于C F D仿真的冰箱风道优化研究[J].家电科技,2022(2):53-55.Z HA O Y,HA N L L,Z HA N G S J,e t a l.R e s e a r c h o n o p t i m i z a t i o n o f r e f r i g e r a t o r a i r d u c t b a s e d o n C F Ds i m u l a t i o n[J].J o u r n a l o f A p p l i a n c e S c i e n c e&T e c h-n o l o g y,2022(2):53-55.(i n C h i n e s e) [18]盛伟,李飞,宋新洲,等.风冷冰箱冷冻室的数值模拟与试验研究[J].流体机械,2015,43(10):79-83. S H E N G W,L I F,S O N G X Z,e t a l.N u m e r i c a l a n d e x p e r i-m e n t a l s t u d y o f f r e e z e r c o m p a r t m e n t o f a i r-c o o l e d r e f r i g e r-a t o r[J].F l u i d M a c h i n e r y,2015,43(10):79-83.(i n C h i n e s e)[19]陈成,刘志峰,罗建,等.基于F l u e n t的风冷冰箱的风道结构优化设计[J].日用电器,2013(5):30-35.C H E N C,L I U Z F,L U O J,e t a l.T h e o p t i m i z a t i o nd e s i g n o f a i r-c o o l e d r e f r i g e r a t o r d u c t b a s e d o n f l u e n t[J].E l e c t r i c a l A p p l i a n c e s,2013(5):30-35.(i n C h i-n e s e)[20]盛伟,高相启,李飞,等.风冷冰箱冷藏室风道流场数值模拟[J].家电科技,2018(增刊1):99-102.S H E N G W,G A O X Q,L I F,e t a l.N u m e r i c a l s i m u l a-t i o n o f a i r d u c t f l o w i n a i r c o o l e d r e f r i g e r a t o r[J].J o u r n a l o f A p p l i a n c e S c i e n c e&T e c h n o l o g y,2018(S1):99-102.(i n C h i n e s e)[21] G U P T A J K,G O P A L M R,C H A K R A B O R T Y S.M o d-e l i n g of a d o m e s t i c f r o s t-f r e e r e f r ig e r a t o r[J].I n t e r n a t i o n-a l J o u r n a l o f R e f r i g e r a t i o n,2007,30(2):311-322.[22]J A E H W,H Y U N W C,Y O N G G P,e t a l.T e m p e r a-t u r e u n i f o r m i t y a n a l y s i s o f a d o m e s t i c r e f r i g e r a t o rw i t h d i f f e r e n t m u l t i-d u c t s h a p e s[J].A p p l i e d T h e r m a lE n g i n e e r i n g,2021,188:116604.[23]胡层良.B C D-292W三门全风冷冰箱关键设计技术研究[D].长沙:中南大学,2011.[24]杨世铭,陶文铨.传热学[M].4版.北京:高等教育出版社,2006.[25] Y E J J,HU A N G X Y,C H E N G Y L,e t a l.A i r v o l u m ei m p r o v e m e n t i n t h e d u c t s y s t e m i n f r o s t-f r e e r e f r i g e r-a t o r sb a s e d o n t h e C F D m e t h o d[J].T h e J o u r n a l o fS u p e r c o m p u t i n g,2020,76(5):3749-3764. [26]叶增明,朱婷婷.离心通风机蜗壳型线绘制方法的改进[J].风机技术,2008,50(5):30-32.Y E Z M,Z HU T T.T h e i m p r o v e m e n t i n t h e d r a w i n g m e t h o d f o r t h e v o l u t e s h a p e o f c e n t r i f u g a l f a n[J].C o m p r e s s o r,B l o w e r&F a n T e c h n o l o g y,2008,50(5):30-32.(i n C h i n e s e)责任编辑:武晖07西安工程大学学报第36卷Copyright©博看网. All Rights Reserved.。
基于电冰箱的双循环制冷系统
系统构成和工作原理
• 系统构成：双循环制冷系统主要由两个独立的循环系统组成：冷冻循环系统和冷却循环系统。冷冻循环系统主 要负责制冷，冷却循环系统则负责保温。此外，双循环制冷系统还包括压缩机、冷凝器、蒸发器和其他辅助部 件。
• 工作原理：双循环制冷系统的工作原理是，通过两个独立循环系统的配合，实现制冷和保温功能。在制冷过程 中，冷冻循环系统的压缩机工作，将制冷剂压缩成高温高压的气态，然后进入冷凝器进行冷却，变成中温高压 的液态制冷剂，最后经过膨胀阀降压降温后，进入蒸发器进行蒸发吸热，实现制冷效果。同时，冷却循环系统 通过另一个压缩机工作，将冷却剂压缩成高温高压的气态，然后进入冷凝器进行冷却，变成中温高压的液态冷 却剂，最后经过膨胀阀降压降温后，进入蒸发器进行蒸发吸热，实现保温效果。
02
根据系统的制冷循环效率计算制冷剂充注量，以实现最佳的能
效比。
根据系统的运行环境和使用要求计算制冷剂充注量，以确保系
03
统的稳定性和可靠性。
03 控制系统设计
控制逻辑设计
温度控制
通过温度传感器检测冰箱内部温度，将温度信号转换为电信号，传输到控制器。控制器根 据预设的温度与实测温度进行比较，输出控制信号，调节制冷剂流量，实现冰箱内部温度 的自动控制。
率。
优化冷凝器设计
改进冷凝器结构，提高散热效率 ，降低压缩机负荷。
制冷剂管道优化
合理设计制冷剂管道走向和布局 ，减小管道阻力，提高制冷剂循
环速度。
控制系统改进方案
智能控制系统
引入智能温度控制系统，实现精准控温，提高冷藏和 冷冻效果。
快速冷冻与解冻控制
开发快速冷冻和解冻控制策略，缩短食物从冷冻到解 冻的时间，提高食品保存效果。
性能比较
送风工况对冷藏集装箱箱内温度场影响的实验与仿真研究
文章编号：CAR254送风工况对冷藏集装箱箱内温度场影响的实验与仿真研究谢如鹤刘广海傅伟(广州大学物流与运输研究所，广州 510006)摘 要 随着食品工业和食品冷藏运输的发展，公路、铁路、水路食品冷藏运输也越来越多地采用各类冷藏集装箱，但由于箱内温度控制不当，常出现食品腐烂的现象。
如何真正了解冷藏集装箱箱内整个区域的温度分布及变化情况是很必要的。
本文研究了在一定装载条件下冷藏集装箱内温度场变化及送风工况对温度场的影响，其结论对冷藏集装箱的设计与运用具有重要参考价值。
关键词 冷藏集装箱 温度场 气流组织 送风工况STUDY AND SIMULATION TO THE IMPACT OF TEMPERATURE FIELD BY AIR SUPPLY INSIDE REFRIGERATED CONTAINERXie Ruhe Liu Guanghai Fu Wei(Research Center for Logistics and Transportation, Guangzhou University, Guangzhou Guangdong, 510006)Abstract With the development of food industry and food refrigeration transport, refrigerated containers are growing more and more popular in different means of refrigeration transport, including high way, railway and water transport. But because of the incorrect temperature controlling, the perishable food are often decomposed. How to really know about the temperature distribution and change inside the refrigerated container is very necessary. This paper studied the influence to the temperature field inside refrigerated container by air flow under certain loading conditions. It is of important value to the design and operations of refrigerated container.Keywords Refrigerated container Temperature field Air flow Air supply conditions0 前言近年来，国内肉类及其制品的市场规模不断扩大。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
收稿日期 :2006202224
FL U EN T 前处理软件 GAMB I T 建立冰箱冷 藏室三维计算模型并划分网格 ,用 FL U EN T 软件对不同结构情况下冰箱冷藏室内的温度场 和流场进行仿真 ,以期找出合理的结构形式 。 计算过程中 ,冷藏室壁面厚度取 41 5 cm ,冷藏 室壁面导热系数为 01 03 W/ ( m ·K) ,箱内空气 的表面传热系数为 11 16 W/ ( m2 ·K) ,箱外空 气的表面传热系数为 111 3 W/ ( m2 ·K) 。
3 计算结果分析
为了验证所建数学模型的可靠性 ,对冷藏 室内部分点 (见图 1) 进行了实验测试 ,实验结 果和计算结果的对比见表 1 。
表 1 冷藏室一些点的温度计算值与实验值对比
比较点
1
t (计算值) / ℃ 21 79
t (实验值) / ℃ 21 91
2 21 92 31 13
3 71 29 71 34
间的第三类边界条件较易获得 。
11 2 数学模型
坐标系如图 1 所示 ,图中仅画出了 x 方向
和 y 方向坐标 , z 方向为 x y 平面的法线方向 。
在建立数学模型时 ,作以下假设 : (1) 蒸发器所
在后壁面温度恒定 ; (2) 门封的影响在壁面导热
系数中加以考虑 ; (3) 箱内空气是牛顿流体 ; (4)
本次 FL U EN T 计算中所用网格全部都经 过了检验 ,在所取网格尺寸附近 ,网格尺寸大小
不影响计算结果 ,即在该尺寸下计算结果与所 取的网格无关 。
当冰箱内部为空腔时 ,可以抽象为侧面加 热的矩形腔内的自然对流换热 。当 Re ( 雷诺 数) 较小时 ,流动为稳定的 , 当 Re 增大时 ,便会 产生 Hopf 分 歧 。对 家 用 电 冰 箱 而 言 , Re 很 小 ,流动的解是唯一且稳定的[1] 。
流动问题的数值解法有原始变量法和涡量 流函数法 。原始变量法以速度 、压力作为流场 求解的基本变量 ,被求解的变量具有明确的物 理意义 ,容易确定边界条件 。涡量 流函数法以 流函数和涡量作为流场求解的基本变量 ,避免 了原始变量法中由于压力项引起的一系列问 题 ,但它只适合于求解二维流动问题[2] 。以往 的直冷式冰箱内温度场 、流场的计算主要集中 在二维模型基础上[326 ] ,而笔者所建立的模型是 三维的 ,故应用原始变量法求解[7] 。
(1 北京石油化工学院 ,北京 102617 ; 2 西安交通大学 ,西安 710049)
摘
要 冰箱冷藏室内搁物架的结构形式及其放置位置对冷藏室内温度场和流场的分布有
较大的影响 。以 FL U EN T 前处理软件 GAMBIT 为建模工具 ,对冰箱冷藏室建立了三维计算模型 ,划分
网格后 ,用计算流体力学软件 FL U EN T 对网状和平板状搁物架的冰箱冷藏室内的温度场和流场分别进
图 5 平板状搁物架冷藏室速度矢量图
条件 ,仅仅由于搁物架形式不同 ,各层之间的温 度差也不相同 。搁物架为网状结构时冷藏室最 高温度能达到 9 ℃,最低能达到 - 2 ℃,两者相 差 11 ℃。这对于使用者来说不合理 ,靠近温度 高的地方 ,蔬菜呼吸作用强 ,容易变蔫 ,而靠近 温度低的地方 ,容易使蔬菜冻伤 。搁物架为平 板状时各层内部温度差在 31 6 ℃以内 ,温度分 布比较均匀 。
第 14 卷 第 3 期 2006 年 9 月
北京石油化工学院学报 Jo urnal of Beijing Instit ute of
Pet ro2chemical Technology
Vol . 14 No . 3 Sep1 2006
冰箱冷藏室温度场和流场的仿真与优化
吴小华1 ,2 张 1 宋春节1
4 41 12 41 19
5
67
61 62 91 09 61 15
61 78 101 11 61 20
从表 1 可以看出 ,计算结果和实验结果吻 合的很好 ,验证了所建立计算模型的正确性 。 在此基础上 ,对网状搁物架情况下冷藏室计算 模型和平板状搁物架与蒸发器之间无间隔情况 下冷藏室计算模型进行了仿真 ,两种情况下冰 箱冷藏室内温度场分布见图 2 和图 3 ,流场分 布见图 4 和图 5 。
+
92 w 9 y2
+
92 w 9 z2
9 (ρC p T ) 9t
+
u
9 (ρC p T ) 9x
+
v
9 (ρC p 9y
T)
+
w
9 (ρC p T ) 9z
=k
92 T 9 x2
+
92 T 9 y2
+
92 T 9 z2
式中 u , v , w 分别为 x , y , z 方向的流速 ,ρ,
μ, Cp , T , k 分别为密度 、动 力粘 度 、比定 压热
网格尺寸对计算的影响见表 3 。
表 3 四面体网格的网格尺寸对计算的影响
网格尺寸/ cm 网格数目 某点计算结果 开始收敛时迭代次数
31 0
24 739
71 14
约 460
31 5
16 080
71 14
约 350
41 0
10 549
71 56
约 200
41 5
7 957
71 82
约 130
从表 3 可以看出 ,当网格尺寸大于 31 5 cm 时 ,虽然结果也收敛于一点 ,但该值不可信 ,不 能真正反应该点的温度 。当网格尺寸小于 31 5 cm 时 ,过度的减小网格尺寸对数值计算并没有 好处 ,所得的结果收敛于一点 ,但所花的时间截 然不同 ,本次计算中 ,网格尺寸为 31 0 cm 时开 始收敛所花的时间与网格尺寸为 31 5 cm 时开 始收敛所花的时间之比约为 2 ∶1 。
行了仿真 ,对比仿真结果发现 :采用平板式搁物架 ,并使其与蒸发器所在后壁面之间保持 2～3 cm 间距
的结构形式 ,既能减小各层内部的温度差又能增强换热 ,是一种比较合理的结构 。
关 键 词 热工学 ; 仿真 ; 优化 ; 冷藏室 ; 温度场 ; 流场
中图法分类号 TM9251 21
食品从生产 、运输 、销售直到消费者购买后 在自己家中储存 ,都必须采用各种各样的冷冻 冷藏设备来形成完整的冷链 。具有冷冻冷藏双 重功能的家用冰箱是其中十分重要的环节之 一 ,成为现代家庭必备的家用电器之一 。
容 、温 度 和 导 热 系 数 , g 为 重 力 加 速 度 , t 为
时间 。
2 计算过程
算法的计算过程如下 : (1) 给定环境温度 Tenv 、冰箱保温层的厚 度 、保温层导热系数 、自然对流表面传热系数 , 根据实验数据给出冷藏室蒸发器所在后壁面内 表面平均温度 Tel ; (2) 选择计算模型 ; (3) 初始化流场 ; (4) 设定迭代收敛条件 , 开始迭代直至 收敛 ; (5) 查计算结果与计算后期处理 , 保存 结果 。 采用 SIM PL E 方式离散压力 - 速度 ,压力 修正松 弛 因 子 设 定 为 11 0 , 以 达 到 加 快 收 敛 速度 。
箱内空气流动形式为稳定层流和非边界层型流
动 ; (5) 箱内空气在固体内壁面上满足无滑移条
件 ; (6) 满足 Bo ussinesq 假设 ,即忽略流体中的
粘性耗散 ; (7) 忽略冷藏室内空气的相变过程 ,
当作理想气体处理 ; (8) 忽略辐射换热 ; (9) 仅在
动量方程中与体积力有关的项中考虑密度的变
化 ,其余各项中的密度作为常数 ,其它物性为
常数 。
根据质量守恒 、动量守恒和能量守恒方程 ,
控制方程为 :
9 (ρu) 9x
+
9 (ρv) 9y
+
9 (ρw 9z
)
=0
9 (ρu) 9t
+
u
9 (ρu) 9x
+
v
9 (ρu) 9y
+
w
9 (ρu) 9z
=
-
9p 9x
+μ
92 u 9 x2
+
92 u 9 y2
1 计算模型
11 1 物理模型 笔者研究对象为一台双门家用电冰箱的冷
藏室 ,图 1 为该冷藏室示意图 。
图 1 冷藏室结构
以往仿真冰箱冷藏室内温度场和流场是以 室内的空气为研究对象 ,以冷藏室的内壁面为 边界 。这样初值和边界条件通常借助于实验来 获得 ,这不仅需要消耗大量的人力物力 ,而且计
+
92 u 9 z2
9 (ρv) 9t
+
u
9 (ρv) 9x
+
v
9 (ρv) 9y
+
w
9 (ρv) 9z
=
-
9p 9y
+μ
92 v 9 x2
+
92 v 9 y2
+
92 v 9z
- ρg
9 (ρw ) 9t
+
u
9 (ρw ) 9x
+
v
9 (ρw ) 9y
+
w
9 (ρw ) 9z
=
-
9p 9z
+μ
92 w 9 x2
架结构而言 ,由于它对冷藏室内的流场和温度 场分布影响很小 ,所以冷藏室内空气流动速度 快 ,蒸发器表面传热系数高 ,换热速度快 ,效率 高 ,所需蒸发器的面积小 。但同时也可以看出 , 这种结构也存在冰箱冷藏室内上下温度差太 大 ,不利于冰箱使用者储存食物的问题 。此外 , 当丝网上放上食物后 ,其自然对流将受到约束 , 导致换热速度的降低 ;对于板式搁物架结构而 言 ,由于整个冷藏室内的空气流动属于受限小 空间内的自然对流 ,空气只能在各层小空间范 围内流动 ,换热效果差 、效率低 ,所需蒸发器面 积大 ,但这种结构能有效的减少各层上下部之 间的温度差 。