蓄冷式冷藏箱温湿度场数值模拟与试验

来源 :华南农业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:hjuns2002
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冷藏箱是冷链物流中的主要耗能设备,在当今能源短缺和日益重视节能减排的情形下,蓄冷技术可以均衡电网负荷,减少用电高峰期的配电、降低运行成本,因此蓄冷式冷藏箱具有重要的应用价值和广阔的发展前景。目前蓄冷式冷藏箱大多数是依靠冷源和贮藏环境的温差形成自然对流将冷源中的冷能释放出去,这种方式容易导致贮藏环境温度分布不均匀,从而影响贮藏货物的品质。针对该问题,本文采用强制对流的方式,即通过调节风机风速、回风道开口面积、冷条温度,控制冷能的释放速度,从而达到贮藏环境温度均匀的目的。主要研究工作如下:(1)基于CFD温湿度场耦合模型建立结合蓄冷式冷藏箱试验平台,采用多物理场耦合仿真软件COMSOL Multiphysics,建立三维模型,选择k﹣ε湍流模型,以及SIMPLE算法,采用壁面函数法对模型进行求解。对温度调控过程中贮藏室速度场、温度场、湿度场分布特征进行分析。(2)速度场的数值模拟与试验验证建立不同网格数量的数值模拟模型进行求解,通过分析选择合理的网格数量模型,并对回风道出口区域的风速进行了试验验证,在此模型的基础上对不同的回风道开口面积、风机风压、载货条件下的速度场进行了研究,得出了速度的分布规律,为对温度场和湿度场的研究提供参考。(3)温湿度场耦合的数值模拟与试验验证建立蓄冷式冷藏箱温湿度耦合模型,对贮藏室降温过程进行了数值模拟,着重分析了冷藏箱温度场、湿度场和含湿量的变化情况,模拟得出:随着降温时间的增长,贮藏室空气温度的均匀性会越好,空气相对湿度先降低,然后逐渐升高;正对回风道出风口的区域,空气的温度和含湿量较低,相对湿度较高,其他区域分布比较均匀;在降温过程中,贮藏室内有23.6 g的水蒸气在蓄冷室凝结,附着在冷条表面。经试验验证,模拟结果与试验结果吻合较好,温度和相对湿度模拟值与测试值位置变化的规律基本一致。(4)温湿度调控的试验研究与数值模拟进行了蓄冷室冷藏箱温湿度调控的试验,结果表明:风机风速越大,回风道开口面积越大,冷条温度越低,贮藏室降温时间越短,相对湿度变化速率越快。通过数值模拟分析了各参数条件下贮藏室温度场的均匀性,得出,温度场均匀性随着风机风压的增大而变好,随着回风道开口面积的增大先变差后变好,随着冷条温度的降低而变差,结合试验和数值模拟综合得出:在所选的因素水平中风机风速为4.5 m/s、回风道开口面积为0.0256 m2、冷条温度为﹣30℃参数下贮藏室温湿度调节性能最佳。对冷藏箱载货条件下进行数值模拟,分析了三个不同区域货物温度变化情况,模拟得出,靠近回风道区域的货物平均温度降低的最快,其次是靠近风机区域的货物,中间位置的货物平均温度降低的最慢,通过对货物表面温湿度场的分析发现:正对风口位置的货物的表面温度最低,达到零下,相对湿度较高,中间位置的货物上表面温度较高,3个区域的货物相比较,靠近风机位置的货物表面温度和相对湿度分布最均匀。
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