基于CFD的冷冻陈列柜研究

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随生活质量的逐步提高,人们对高品质的生鲜食品的需求剧增,同时出于环境保护的考虑,人们对冷柜的保鲜和节能性能日益关注,这为高效节能商用冷柜的开发提供了巨大的市场需求。冷冻陈列柜中的食物保存质量直接依赖于柜内的空气流场和温度分布,冷冻陈列柜的耗电量也同柜内流场、温度场和速度场密切相关,因此流场与温度场的优化是冷冻陈列柜设计中的重要问题。据不完全统计,陈列柜耗电量占超市整体耗电量的2/3。从节约能源的角度考虑,对陈列柜的研究已成为日益关注的问题。CFD(Computational Fluid Dynamics)主要用于对流体进行数值仿真模拟计算,它可以相对准确且直观地给出整个流场速度、压力、温度或浓度场分布的时变特性,因而可以很容易从对流场的分析巾发现现有产品或工程设计中的问题,得到规律性的知识,这对于产品设计开发具有重要的意义和参考价值。  本文采用CFD技术,建立三维非稳态模型,编译UDF(User-Defined Function)程序,结合实验对冷冻陈列柜内温度场分布特性,制冷效率及能耗进行了研究。冷冻陈列柜制冷效率主要是通过降温速度和温度均匀性来表征,本文从不同入口速度、不同入口尺寸和不同挡风板角度三个方面对降温速度和温度均匀性进行研究,进而表征其制冷效率,同时从温度特性、生产成本和热负荷三方面对冷冻陈列柜的能耗进行分析。  结果表明:相对于传统采用固定入口温度边界条件的研究,编写UDF程序作为入口温度边界条件的模拟计算结果与实际情况更加吻合;随着入口风速的增大,冷冻陈列柜降温速度逐渐增快,但当入口速度达到2m/s时,降温速度趋于不变;通过对不同的进风口尺寸进行分析,发现当入口尺寸为30mm时,冷冻陈列柜的制冷效果最佳;随着入口挡风板角度的改变,降温速度与温度均匀性发生改变,当挡风板角度为45°时,冷冻陈列柜内温度分布及降温速度最佳;保温层厚度越大,保温层传热系数越小,柜内温度分布越均匀,制冷效果越好,综合考虑柜内温度特性、生产成本和热负荷三方面,得出了该冷冻陈列柜的最佳保温层厚度60mm。
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