某臥式陳列柜風(fēng)幕的熱負(fù)荷分析

1、某臥式陳列柜風(fēng)幕的熱負(fù)荷分析摘要風(fēng)幕卷吸滲入的熱負(fù)荷約占超市陳列柜熱負(fù)荷的70%，本文采用雷諾應(yīng)力模型ReynldsStressdel對(duì)某臥式超市陳列柜的風(fēng)幕進(jìn)展了仿真計(jì)算和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。并在FD理論模型根底上，對(duì)溫度場(chǎng)和濕度場(chǎng)進(jìn)展分析，分析風(fēng)幕的熱負(fù)荷分布，并證明環(huán)境空氣的卷吸是風(fēng)幕熱負(fù)荷的主要來(lái)源。關(guān)鍵詞超市陳列柜風(fēng)幕FD熱負(fù)荷分析濕度場(chǎng)1引言陳列冷柜已經(jīng)在各類超市中已得到認(rèn)可和普及，內(nèi)外側(cè)的隔熱一般采用風(fēng)幕。但是風(fēng)幕對(duì)周圍空氣有較強(qiáng)的卷吸作用；另一方面，冬季陳列框風(fēng)幕的冷泄漏又形成超市空調(diào)系統(tǒng)的一個(gè)重要冷負(fù)荷。因此，研究陳列柜風(fēng)幕系統(tǒng)形成的影響因素是設(shè)計(jì)節(jié)能、性能優(yōu)良的陳列柜的關(guān)鍵，也是設(shè)計(jì)

2、超市空調(diào)系統(tǒng)的根據(jù)。國(guó)內(nèi)外對(duì)風(fēng)幕的研究主要集中于溫度場(chǎng)和速度場(chǎng)，如DavidStribling仿真了簡(jiǎn)化的冷柜，將他的誤差主要?dú)w結(jié)于對(duì)濕度場(chǎng)的研究1。南加州Edisn制冷實(shí)驗(yàn)室SERTT定量測(cè)試的典型陳列柜的冷負(fù)荷分布情況，提出陳列柜73%的能耗來(lái)自風(fēng)幕的耗散2。本文采用FD方法對(duì)立式陳列柜的風(fēng)幕系統(tǒng)進(jìn)展仿真，以期為陳列柜風(fēng)幕系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供設(shè)計(jì)思路。2FD模型和邊界條件21計(jì)算模型立式陳列柜通常成排放置，其長(zhǎng)度方向尺寸遠(yuǎn)大于高度和深度方向，故可簡(jiǎn)化為二維模型。臥式陳列柜的構(gòu)造如圖1所示。計(jì)算時(shí)忽略外部輻射和絕熱層的傳導(dǎo)換熱?；仫L(fēng)空氣在流道內(nèi)經(jīng)過(guò)蒸發(fā)器，溫度、濕度降低后，經(jīng)過(guò)噴射口程度射出，形成臥

3、式陳列柜的風(fēng)幕。與立式陳列柜相比較，臥式陳列柜的出風(fēng)速度較低，在浮升力的影響下，風(fēng)幕有較大的變型。因此本文中紊流模型選用帶浮升力項(xiàng)的雷諾應(yīng)力模型ReynldsStressdel。濕度場(chǎng)的采用簡(jiǎn)化的組分平衡方程：1表示組分1的質(zhì)量分?jǐn)?shù)；J1是擴(kuò)散通量；R1是反響生成率，本案例中為0。我們把水蒸氣在陳列柜中生成小液滴的反響，簡(jiǎn)化為水蒸汽低于當(dāng)?shù)芈饵c(diǎn)溫度就產(chǎn)生小液滴，且在固體壁面不凝結(jié)。圖1臥式陳列柜構(gòu)造示意與實(shí)驗(yàn)點(diǎn)分布圖22邊界條件的處理1為使求解過(guò)程穩(wěn)定，所有邊界均采用速度為零，絕熱的第一類邊界條件，外部空間為大空間，溫度為27，絕對(duì)濕度為10g/kg。2進(jìn)風(fēng)口按實(shí)驗(yàn)值設(shè)定速度、溫度邊界條件；回

4、風(fēng)口邊界條件按進(jìn)風(fēng)口設(shè)定為-10Pa的壓力邊界條件。進(jìn)風(fēng)口的絕對(duì)濕度為0.2g/kg，溫度為-30，送風(fēng)速度0.6/s。3壁面函數(shù)采用Spalding方法處理，該方法比較適宜于Pr1氣體。4為了加快收斂速度，動(dòng)量方程采用QUIK算法，壓力方程采用標(biāo)準(zhǔn)SIPLE算法。23實(shí)驗(yàn)裝置與誤差分析計(jì)算所用的陳列柜原型被放在一個(gè)獨(dú)立的房間內(nèi)進(jìn)展測(cè)試，該房間溫度波動(dòng)小于1，濕度波動(dòng)小于0.2k/kg。溫度的測(cè)量采用T型熱電偶，速度測(cè)量采用熱球風(fēng)速儀，濕度的測(cè)量采用電阻型高分子濕度傳感器，并用TEST-400型測(cè)量?jī)x進(jìn)展校準(zhǔn)。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，數(shù)據(jù)采集使用KEiTHLEY-2700數(shù)據(jù)采集儀，測(cè)試前將熱電偶放在冰水

5、混合物中進(jìn)展校準(zhǔn)。實(shí)驗(yàn)值與計(jì)算值比較如圖2、3、4所示。結(jié)果顯示：說(shuō)明本文建立的模型根本能反響其速度場(chǎng)與溫度場(chǎng)的實(shí)際分布。圖2測(cè)試點(diǎn)溫度比較圖圖3測(cè)試點(diǎn)絕對(duì)濕度比較圖圖4測(cè)試點(diǎn)速度比較圖分析實(shí)驗(yàn)值與計(jì)算值之間存在的誤差，認(rèn)為主要來(lái)源于以下4點(diǎn)：1由于采用直接測(cè)量法，測(cè)量所采用的濕度傳感器和熱球風(fēng)速儀對(duì)風(fēng)幕有一定的干擾作用，因此存在一定誤差。2計(jì)算模型中僅考慮對(duì)流換熱的影響，并對(duì)模型進(jìn)展了簡(jiǎn)化。實(shí)際工況下，輻射傳熱和由風(fēng)道外側(cè)保溫層進(jìn)入的傳導(dǎo)熱對(duì)溫度場(chǎng)也有一定影響。3在數(shù)值計(jì)算中，濕度場(chǎng)并未完全耦合。盡管在風(fēng)幕上方的濕度測(cè)量結(jié)果顯示有一層濕空氣飽和區(qū)，形成的小液滴必定會(huì)在重力的影響下對(duì)濕度場(chǎng)有一

6、定的作用，但是在FD計(jì)算的每個(gè)網(wǎng)格中，僅在擴(kuò)散方程中處理濕空氣，所以會(huì)產(chǎn)生一定的誤差。4另外，陳列柜外側(cè)存在一定的亂流干擾。所以，實(shí)際情況下陳列柜風(fēng)幕的隔熱效果比FD計(jì)算稍差。3FD分析31流場(chǎng)分析FD計(jì)算的優(yōu)點(diǎn)在于能比較方便地改變邊界條件及其參數(shù)，分析各參數(shù)的影響并對(duì)其優(yōu)化，減少實(shí)驗(yàn)試制的次數(shù)，以節(jié)約研制費(fèi)用并縮短周期。從風(fēng)幕的流場(chǎng)圖圖5可以看出風(fēng)幕按其構(gòu)造可分為三個(gè)不同的區(qū)域：圖5陳列柜流函數(shù)分布圖第一個(gè)區(qū)是出口區(qū)，由于風(fēng)口僅僅采用兩片薄板作為氣流噴射方向的引導(dǎo)。所以出風(fēng)口的速度分布不理想，主要表如今：1.出風(fēng)口的橫截面沒有均勻的速度梯度，導(dǎo)致風(fēng)幕的脈動(dòng)速度較強(qiáng)，不利于隔熱和隔濕。假設(shè)采用

7、塑料孔板整流，風(fēng)幕的程度方向性會(huì)更強(qiáng)，脈動(dòng)速度較弱，隔熱隔濕的效果會(huì)更好。圖6陳列柜溫度場(chǎng)分布圖第二個(gè)區(qū)是開展區(qū)，在這一區(qū)域，風(fēng)幕在浮升力的作用下有較大的變形，風(fēng)幕的主流與方向與陳列柜底板板呈45度角。在這一區(qū)域，風(fēng)幕的中心速度進(jìn)一步降低，它的兩側(cè)面受到黏性力的作用，而逐漸耗散。同時(shí)在其下方形成一個(gè)渦流。當(dāng)風(fēng)幕的主流遇到陳列柜底板后，風(fēng)幕的主流再次改變方向，順著底板流動(dòng)，并在其上方形成一個(gè)較長(zhǎng)的渦流。該渦流的底部與溫度較低的風(fēng)幕接觸，頂部與陳列柜上方的熱濕空氣接觸，所以這個(gè)渦流循環(huán)是陳列柜熱濕負(fù)荷的主要來(lái)源之一。第三個(gè)區(qū)是回風(fēng)區(qū)，在該區(qū)域，風(fēng)幕在回風(fēng)口的抽吸作用下重新集合。但是其上方有一定的空

8、氣渦流，風(fēng)幕的底部又受到陳列柜壁面的影響，氣流的方向不一致，導(dǎo)致風(fēng)幕的溫濕度進(jìn)一步升高見圖6。32濕度場(chǎng)分布從絕對(duì)濕度場(chǎng)圖圖7來(lái)看，從蒸發(fā)器排出冷空氣的相對(duì)濕度一般為85%，由于送風(fēng)通道有一定的漏熱，使得出風(fēng)口的相對(duì)濕度降低至70%左右。在風(fēng)幕與環(huán)境熱濕空氣交換的過(guò)程中，第一區(qū)域上方的絕對(duì)濕度與相對(duì)濕度最大，極有可能在該處形成小液滴。在回風(fēng)口附近，溫度梯度比絕對(duì)溫度梯度大，所以應(yīng)該產(chǎn)生回風(fēng)口上方的相對(duì)濕度回風(fēng)口下方的相對(duì)濕度小的現(xiàn)象。這一現(xiàn)象在實(shí)際測(cè)量中得到了證實(shí)見表1。圖7陳列柜絕對(duì)濕度分布圖利用FD計(jì)算，陳列柜熱負(fù)荷的分布如表2所示。在試驗(yàn)工況下陳列柜的主要熱負(fù)荷來(lái)自風(fēng)幕的顯熱負(fù)荷見圖8。

9、圖8陳列柜熱負(fù)荷分布圖陳列柜溫濕參數(shù)表表1溫度(K)絕對(duì)溫度g/kg蒸發(fā)器出口2430.2出風(fēng)口244.980.2回風(fēng)隔篩252.980.74回風(fēng)通道入口253.350.74總增量10.350.54陳列柜的熱負(fù)荷分布表表2顯熱負(fù)荷潛熱負(fù)荷總熱負(fù)荷J/488.7出風(fēng)口通道%16.9-風(fēng)幕%68.4811.4回風(fēng)口通道%3.17-所占比例%88.611.4如今的研究還存在一些問題。首先，如何準(zhǔn)確測(cè)量風(fēng)幕的速度場(chǎng)是困擾實(shí)論證的一個(gè)難題。由于陳列柜的速度場(chǎng)直接影響其溫度場(chǎng)與濕度場(chǎng)的分布。用一系列詳細(xì)的溫度場(chǎng)分布圖來(lái)論證FD計(jì)算的合理性也不失為一種方法。其次，F(xiàn)D模型還不能準(zhǔn)確的計(jì)算風(fēng)幕的各個(gè)場(chǎng)分布情況

10、，如何使計(jì)算值與測(cè)試值相吻合可以從調(diào)整紊流模型和防止過(guò)多的構(gòu)造簡(jiǎn)化入手。最后，蒸發(fā)器的結(jié)霜與融霜過(guò)程對(duì)風(fēng)幕隔熱性能有較大的影響，考察風(fēng)幕的隔熱性能還缺少一個(gè)比較權(quán)威的指標(biāo)，這些問題還有待進(jìn)一步的研究。4總結(jié)本文采用雷諾應(yīng)力模型建立了超市陳列柜雙層風(fēng)幕的數(shù)學(xué)模型并進(jìn)展了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，研究說(shuō)明風(fēng)幕的開展可以分為三個(gè)不銹鋼的區(qū)域。本文同時(shí)利用FD方法的靈敏性，對(duì)風(fēng)幕的溫濕度場(chǎng)進(jìn)展模擬，分析了風(fēng)幕各個(gè)階段的熱負(fù)荷分布，證明理解決風(fēng)幕變形與耗散是設(shè)計(jì)高效節(jié)能陳列柜的關(guān)鍵。最后，提出了一些有待進(jìn)一步研究的問題與解決思路。參考文獻(xiàn)1DavidStribling,Savvas,A.Tassu,Duglasarritt.At-diensinalFDdelfarefrigerateddisplayase.ASHRAETrans,1996.