立式敞開式集中送風式陳列柜模擬與實驗研究.pdf

1、立式敞開式陳列柜由于展示效果好,取貨方便,在超市中應用極為廣泛,是食品冷藏鏈的重要環(huán)節(jié)。為了保溫的需要,立式敞開式陳列柜經(jīng)常采用一到幾層風幕將冷藏食品與柜外熱環(huán)境隔開。但風幕極易受到顧客購物和柜外熱空氣的干擾,導致大量熱量傳入柜內(nèi),因而其功耗很大。陳列柜內(nèi)蒸發(fā)器的周期性結融霜又會導致柜內(nèi)食品的溫度發(fā)生周期性的波動,從而損害柜內(nèi)冷凍食品的質(zhì)量。 為從根本上解決陳列柜柜溫波動過大和高能耗的問題,本文開發(fā)研制了集中送風式陳列柜,從實驗和數(shù)值模

2、擬兩方面對其的溫度特性和節(jié)能性能進行了研究,主要研究工作如下: 1.建立集中送風式陳列柜性能測試系統(tǒng),并對其運行特性的實驗研究。集中送風式陳列柜測試系統(tǒng)可方便實現(xiàn)不同的制冷系統(tǒng)(常規(guī)陳列柜或集中送風式陳列柜)、送風方式(“制冷機送風”或“環(huán)境送風”)和工作柜(單柜或聯(lián)柜)之間的切換。對“制冷機送風”陳列柜,確定了融霜周期、柜溫波動特性、最優(yōu)送風速度和聯(lián)柜的風量分配方法;對“環(huán)境送風”陳列柜,分析其能耗和最優(yōu)送風速度。 2.提出立式敞開式

3、陳列柜風幕數(shù)值模擬的雙流體改進模型。分別以風幕流出的紊流流體和陳列柜外的非紊流流體來劃分兩種流體,通過風幕流入的空氣的容積分數(shù)取為風口蜂窩板的面積系數(shù),兩種流體之間的質(zhì)量交換關系采用新的改進關系式。 3.集中送風式陳列柜的CFD數(shù)值模擬。將集中送風式陳列柜的五大部件送風管道、送風結構、陳列柜風幕、回風結構和回風管道結合成為一個整體,采用雙流體改進模型進行CFD模擬,分析了CFD模擬的陳列柜速度場和溫度場分布特性,并與測試結果進行了對比分

4、析。 4.開發(fā)陳列柜風幕熱卷吸系數(shù)的關聯(lián)式模型。通過量綱分析和公式推導,風幕熱卷吸系數(shù)與六個無量綱量有關,即反映風幕送風參數(shù)影響的雷諾數(shù),反映環(huán)境參數(shù)影響的理查遜數(shù),反映風幕結構參數(shù)影響的另兩個無量綱數(shù),以及反映背風影響的背風量比和背風卷吸系數(shù)。在CFD模擬結果的基礎上,擬合出陳列柜熱卷吸系數(shù)的關聯(lián)式。 5.集中送風式陳列柜溫度快速仿真模型的建立。對集中送風式陳列柜的各部件建立溫度仿真模型,其中送回風管道、風幕、送風結構和回風結構分別采

5、用一維穩(wěn)定溫度仿真模型、熱卷吸系數(shù)關聯(lián)式模型、集中參數(shù)模型和單節(jié)點模型。在此基礎上,提出了集中送風式陳列柜溫度仿真模型的求解方法,并與CFD模擬結果和實驗結果進行了對比分析。 6.提出集中送風式陳列柜的送風策略。分析了集中送風式陳列柜“制冷機送風”和“環(huán)境送風”的利弊,提出了“聯(lián)合送風”方式。在此基礎上,提出集中送風式陳列柜的送風策略,并通過集中送風式陳列柜的快速仿真模型進行了計算分析。 在上述工作的基礎上,本文得到如下一些結果及結論:

6、 1.實驗結果表明,與常規(guī)陳列柜比較,制冷機送風陳列柜可實現(xiàn)良好的柜溫特性。制冷機送風陳列柜的融霜周期(9h)大于常規(guī)陳列柜(6h),而融霜過程中的貨物最大溫升(2oC)小于常規(guī)陳列柜(3oC)。為實現(xiàn)最低的柜內(nèi)溫度分布,制冷機送風陳列柜的最佳雷諾數(shù)在4350-5000之間。制冷機送風陳列柜聯(lián)柜運行時,為保持兩臺陳列柜的柜溫平衡,兩柜風量比(遠距離柜與近距離柜的風量比)宜取為1.1~1.2; 2.實驗結果表明,與常規(guī)陳列柜比較,環(huán)境送風

7、陳列柜可實現(xiàn)良好的節(jié)能特性。環(huán)境送風陳列柜可引入室外冷空氣實現(xiàn)制冷,且由于無需壓縮機制冷,能節(jié)省大量的能耗,但此種供冷方式受到室外環(huán)境溫度的限制。 3.雙流體改進模型由于更好反應了柜內(nèi)外兩類流體的質(zhì)量卷吸特性和風幕蜂窩板特點,和現(xiàn)存的兩種雙流體模型和k-ε紊流模型的模擬結果相比,與實驗結果更為吻合; 4.風幕熱卷吸系數(shù)的關聯(lián)式模型也具有良好的準確度。通過與多位研究者的實驗結果對比分析,采用關聯(lián)式模型計算的熱卷吸系數(shù)與測試結果得到的熱卷吸

8、系數(shù)的平均偏差分別為-0.9％,最大偏差為-9.4％;而采用關聯(lián)式模型計算的風幕平均回風溫度與測試的風幕平均回風溫度的平均偏差為0.1oC,最大偏差是0.9oC; 5.集中送風式陳列柜CFD模擬的溫度與實測溫度趨勢是一致的。單柜工作時平均偏差和最大偏差的最大值分別是-0.9oC和-1.8oC,而聯(lián)柜工作時平均偏差和最大偏差的最大值分別是-2.0oC和-4.0oC,表明CFD模擬是成功的; 6.集中送風式陳列柜快速仿真模型的計算偏差(單柜