立式敞開式集中送風(fēng)式陳列柜模擬與實(shí)驗(yàn)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(yīng)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(fēng)幕將冷藏食品與柜外熱環(huán)境隔開。但風(fēng)幕極易受到顧客購物和柜外熱空氣的干擾,導(dǎo)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(jié)融霜又會(huì)導(dǎo)致柜內(nèi)食品的溫度發(fā)生周期性的波動(dòng),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(dòng)過大和高能耗的問題,本文開發(fā)研制了集中送風(fēng)式陳列柜,從實(shí)驗(yàn)和數(shù)值模

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

3、陳列柜風(fēng)幕數(shù)值模擬的雙流體改進(jìn)模型。分別以風(fēng)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(fēng)幕流入的空氣的容積分?jǐn)?shù)取為風(fēng)口蜂窩板的面積系數(shù),兩種流體之間的質(zhì)量交換關(guān)系采用新的改進(jìn)關(guān)系式。 3.集中送風(fēng)式陳列柜的CFD數(shù)值模擬。將集中送風(fēng)式陳列柜的五大部件送風(fēng)管道、送風(fēng)結(jié)構(gòu)、陳列柜風(fēng)幕、回風(fēng)結(jié)構(gòu)和回風(fēng)管道結(jié)合成為一個(gè)整體,采用雙流體改進(jìn)模型進(jìn)行CFD模擬,分析了CFD模擬的陳列柜速度場(chǎng)和溫度場(chǎng)分布特性,并與測(cè)試結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比分

4、析。 4.開發(fā)陳列柜風(fēng)幕熱卷吸系數(shù)的關(guān)聯(lián)式模型。通過量綱分析和公式推導(dǎo),風(fēng)幕熱卷吸系數(shù)與六個(gè)無量綱量有關(guān),即反映風(fēng)幕送風(fēng)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(fēng)幕結(jié)構(gòu)參數(shù)影響的另兩個(gè)無量綱數(shù),以及反映背風(fēng)影響的背風(fēng)量比和背風(fēng)卷吸系數(shù)。在CFD模擬結(jié)果的基礎(chǔ)上,擬合出陳列柜熱卷吸系數(shù)的關(guān)聯(lián)式。 5.集中送風(fēng)式陳列柜溫度快速仿真模型的建立。對(duì)集中送風(fēng)式陳列柜的各部件建立溫度仿真模型,其中送回風(fēng)管道、風(fēng)幕、送風(fēng)結(jié)構(gòu)和回風(fēng)結(jié)構(gòu)分別采

5、用一維穩(wěn)定溫度仿真模型、熱卷吸系數(shù)關(guān)聯(lián)式模型、集中參數(shù)模型和單節(jié)點(diǎn)模型。在此基礎(chǔ)上,提出了集中送風(fēng)式陳列柜溫度仿真模型的求解方法,并與CFD模擬結(jié)果和實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比分析。 6.提出集中送風(fēng)式陳列柜的送風(fēng)策略。分析了集中送風(fēng)式陳列柜“制冷機(jī)送風(fēng)”和“環(huán)境送風(fēng)”的利弊,提出了“聯(lián)合送風(fēng)”方式。在此基礎(chǔ)上,提出集中送風(fēng)式陳列柜的送風(fēng)策略,并通過集中送風(fēng)式陳列柜的快速仿真模型進(jìn)行了計(jì)算分析。 在上述工作的基礎(chǔ)上,本文得到如下一些結(jié)果及結(jié)論:

6、 1.實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,與常規(guī)陳列柜比較,制冷機(jī)送風(fēng)陳列柜可實(shí)現(xiàn)良好的柜溫特性。制冷機(jī)送風(fēng)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(shí)現(xiàn)最低的柜內(nèi)溫度分布,制冷機(jī)送風(fēng)陳列柜的最佳雷諾數(shù)在4350-5000之間。制冷機(jī)送風(fēng)陳列柜聯(lián)柜運(yùn)行時(shí),為保持兩臺(tái)陳列柜的柜溫平衡,兩柜風(fēng)量比(遠(yuǎn)距離柜與近距離柜的風(fēng)量比)宜取為1.1~1.2; 2.實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,與常規(guī)陳列柜比較,環(huán)境送風(fēng)

7、陳列柜可實(shí)現(xiàn)良好的節(jié)能特性。環(huán)境送風(fēng)陳列柜可引入室外冷空氣實(shí)現(xiàn)制冷,且由于無需壓縮機(jī)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(jìn)模型由于更好反應(yīng)了柜內(nèi)外兩類流體的質(zhì)量卷吸特性和風(fēng)幕蜂窩板特點(diǎn),和現(xiàn)存的兩種雙流體模型和k-ε紊流模型的模擬結(jié)果相比,與實(shí)驗(yàn)結(jié)果更為吻合; 4.風(fēng)幕熱卷吸系數(shù)的關(guān)聯(lián)式模型也具有良好的準(zhǔn)確度。通過與多位研究者的實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比分析,采用關(guān)聯(lián)式模型計(jì)算的熱卷吸系數(shù)與測(cè)試結(jié)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(guān)聯(lián)式模型計(jì)算的風(fēng)幕平均回風(fēng)溫度與測(cè)試的風(fēng)幕平均回風(fēng)溫度的平均偏差為0.1oC,最大偏差是0.9oC; 5.集中送風(fēng)式陳列柜CFD模擬的溫度與實(shí)測(cè)溫度趨勢(shì)是一致的。單柜工作時(shí)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(shí)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(fēng)式陳列柜快速仿真模型的計(jì)算偏差(單柜