冷库空气幕性能数值模拟与参数优化

作者:谢晶;缪晨;杜子峥;朱进林 刊名:农业机械学报 上传者:黄秀娟

【摘要】以一个实际冷库为试验对象,建立了包含冷库内部、冷库空气幕和库外环境在内的三维耦合数值模型,采用CFD数值模拟软件对冷库空气幕流场进行非稳态数值模拟,并对冷库温度场进行了试验测量,重点分析了冷库空气幕的送风速度、送风角度和喷口宽度等参数对冷库空气幕隔离性能的影响规律。结果表明,对于某个具体的冷库,存在最合理的送风速度和送风角度,使冷库空气幕的隔离性能达到最佳,库内温度场波动最小。冷库空气幕喷口宽度不宜选择过宽。本文研究的冷库空气幕最佳的送风速度为8 m/s,最佳的送风角度为向冷库外侧偏转15°,最佳的喷口宽度为0.04 m。

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2 0 1 4 年 7 月 农 业 机 械 学 报 第 45 卷 第 7 期 doi:10. 6041/j. issn. 1000-1298. 2014. 07. 030 冷库空气幕性能数值模拟与参数优化* 谢 晶 缪 晨 杜子峥 朱进林 ( 上海海洋大学食品学院,上海 201306) 摘要: 以一个实际冷库为试验对象,建立了包含冷库内部、冷库空气幕和库外环境在内的三维耦合数值模型,采用CFD 数值模拟软件对冷库空气幕流场进行非稳态数值模拟,并对冷库温度场进行了试验测量,重点分析了冷库空气幕的送风速度、送风角度和喷口宽度等参数对冷库空气幕隔离性能的影响规律。结果表明,对于某个具体的冷库,存在最合理的送风速度和送风角度,使冷库空气幕的隔离性能达到最佳,库内温度场波动最小。冷库空气幕喷口宽度不宜选择过宽。本文研究的冷库空气幕最佳的送风速度为 8 m/s,最佳的送风角度为向冷库外侧偏转 15°, 最佳的喷口宽度为 0. 04 m。 关键词: 冷库 空气幕 参数优化 性能 数值模拟 中图分类号: TB657. 1 文献标识码: A 文章编号: 1000-1298( 2014) 07-0189-07 收稿日期: 2013-08-19 修回日期: 2013-10-16 * 国家农业成果转化资金资助项目( 2013GB2C000156) 、2013 年度上海市农业科技成果转化资金资助项目( 113919N0700) 和上海市科委工程中心建设项目( 11DZ2280300) 作者简介: 谢晶,教授,博士生导师,主要从事食品冷冻冷藏技术与设备研究,E-mail: jxie@ shou. edu. cn 引言 冷库是食品冷藏链中的重要环节。近年来,我国冷库建设发展十分迅速,主要分布在各水果、蔬菜主产区以及大中城市郊区的蔬菜基地,全国现有冷冻冷藏能力已达 1500 多万 t,但冷库总体耗电量巨大,平均耗电量高达131 kW·h/( m3·a) [1]。为了运送货物,库门需要经常开启,导致库外高温高湿空气渗入库内,造成库温升高,从而增加冷库运行和融霜能耗[2]。因此,在冷库入口处一般会安装空气幕机,利用空气幕阻隔冷库内外温差导致的气体流动,减少热质交换,维持库内控温要求,从而达到节能的效果。然而,建筑单位在使用空气幕时往往忽略了送风量、送风速度、送风温度等影响因素,以致空气 幕未必能达到理想的效果。 空气幕的流动和传热受多种因素的影响,因此 国内外学者[3 -5]对空气幕的影响因素进行了研究。 Chen[6]模拟发现陈列柜空气幕装置的长宽比和喷射角度会影响空气幕的稳定性,减小长宽比可以减少空气幕卷吸的现象,喷射角度向外侧偏转 15° ~20°时,空气幕的封闭性能最佳。王海宁等[7]采用有限元模型数值模拟了矿用空气幕的隔离性能,发现空气幕供风器结构会影响其供风风压和风流速度,而且较小的供风器出口宽度可以提高空气幕的性能。南晓红[8]和 Foster 等[9 -10]通过求解建立的数 值模型,发现冷库空气幕送风速度、喷口宽度和送风角度对空气幕的效率有明显作用。因此研究冷库空气幕的隔离性能及其影响因素对优化冷库空气幕设计具有重要的意义。 本文建立包含冷库内部、冷库空气幕和库外环境在内的三维耦合数值模型,在库内冷风机运行的条件下,采用 CFD 数值模拟软件对冷库空气幕流场进行非稳态数值模拟,分析冷库空气幕在不同结构和运行参数下冷库温度场的变化规律,为冷库空气幕的最佳运行参数提供参考依据。 1 数值模拟 1. 1 三维模型 以上海海洋大学试验冷库为研究对象,冷库内部尺寸为 4.

参考文献

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