計算流體力學(xué)(CFD)技術(shù)用于冷庫氣流優(yōu)化的研究.pdf

1、冷庫是用于低溫儲存農(nóng)產(chǎn)品、藥品、軍事用品等以有效防止其變質(zhì)的場所。從上世紀(jì)90年代起,隨著市民生活水平的不斷提高,對食品的需求質(zhì)量都在不斷提升,因此我國的冷庫建設(shè)規(guī)模和數(shù)量也在不斷被擴(kuò)大,但是冷庫中氣流不合理的問題一直沒有得到有效解決,這是由于傳統(tǒng)試驗無法檢測到冷庫中流場不均勻的區(qū)域,而在冷庫中進(jìn)行可視化研究需要的成本巨大且效果不理想。不合理的流場會造成冷庫制冷成本的上升和貨物凍藏質(zhì)量的下降,因此是冷庫運(yùn)營時必須解決的一個問題。計算流體

2、力學(xué)(Computational fluid dynamics,以下簡稱CFD)作為流體力學(xué)的一個分支用來研究不同流體的傳熱與傳質(zhì)特性,目前CFD由于其自身的優(yōu)點使其運(yùn)用領(lǐng)域不斷拓寬。本研究的目的在于探索一種運(yùn)用CFD技術(shù)數(shù)值計算不同規(guī)模的冷庫中氣流流場的精確方法,通過實際試驗證實該方法的可靠性后利用這種方式模擬大中型冷庫中風(fēng)機(jī)不同出風(fēng)形式、風(fēng)機(jī)不同安裝位置、貨物在冷庫中不同擺放形式等對冷庫流場的影響,旨在為今后冷庫的建設(shè)提供一定的理論

3、支持和參考依據(jù)。本課題的主要內(nèi)容和研究結(jié)論如下:
　　(1)分別采用二維和三維方式建立冷庫模型并結(jié)合壁面函數(shù)修正與Boussineq假設(shè)模擬了一個4.5m(長)×3.3m(寬)×2.5m(高)的小型冷庫氣流流場組織,計算結(jié)果通過實際試驗測試比對發(fā)現(xiàn)采用三維技術(shù)相對二維數(shù)值模擬方法更接近試驗數(shù)值,同時冷庫模型采用非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格,由于非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格對復(fù)雜的模型適應(yīng)性高因而比結(jié)構(gòu)網(wǎng)格更適合于冷庫的建模;冷庫中氣流與壓力的解耦方式采用SIMPLE

4、算法相比PISQ算法更適合于短時間的瞬態(tài)計算,具體表現(xiàn)為模擬值與試驗值的誤差更小;目標(biāo)冷庫模型網(wǎng)格最合適的尺寸為10;冷庫內(nèi)氣流分布的方式為水平平面上對稱性較好,豎直方向上中間流速小,上下較大;冷庫氣流流動形式總體上呈一個大回流的形式。
　　(2)利用先前在小型冷庫中驗證的可靠的三維建模方式結(jié)合氣流流動的方程研究該小型冷庫采用不同回風(fēng)形式的風(fēng)機(jī)運(yùn)行時對冷庫氣流的影響,得出的結(jié)論是:側(cè)回風(fēng)形式的風(fēng)機(jī)較后回風(fēng)形式的風(fēng)機(jī)更節(jié)能,冷庫降溫

5、運(yùn)行的瞬態(tài)條件下溫度較高區(qū)域出現(xiàn)在風(fēng)機(jī)的回風(fēng)區(qū)域和墻角。同時對一個容積為210m3(長10m×寬7m×高3m)的冷庫進(jìn)行了不同風(fēng)機(jī)出風(fēng)口形式的數(shù)值模擬研究,發(fā)現(xiàn)目標(biāo)冷庫內(nèi)采用兩臺三出風(fēng)口比采用三臺兩出風(fēng)口方案的氣流分布更均勻。
　　(3)由于大型冷庫中很難通過實驗得到準(zhǔn)確的流場分布,本文在計算了某大型商用冷庫(長48m×寬46m×高6m)的制冷量后對冷風(fēng)機(jī)進(jìn)行了選型,使用CFD數(shù)值模擬了該冷庫運(yùn)行時的氣流組織,并分別進(jìn)行了風(fēng)機(jī)不同

6、吹風(fēng)形式的對比。研究發(fā)現(xiàn)風(fēng)機(jī)置于冷庫中央,分別向兩邊吹風(fēng)的方式由于氣流相互干涉小而使流場較均勻;冷庫中溫度高的區(qū)域同樣出現(xiàn)在墻側(cè)拐角位置與回風(fēng)區(qū);冷庫降溫過程中溫度場分布受到流場分布的影響在水平面上具有良好的對稱性。
　　(4)利用先前得到的大型冷庫中較合理的風(fēng)機(jī)吹風(fēng)方式,參考《冷庫設(shè)計規(guī)范》等標(biāo)準(zhǔn)模擬不同貨物在冷庫儲存時,冷庫內(nèi)整體和不同貨物區(qū)的流速分布,比較了貨物間距分別采用10cm和15cm對冷庫流場的影響,得出了10cm的