計算流體力學(CFD)技術用于冷庫氣流優(yōu)化的研究.pdf

1、冷庫是用于低溫儲存農產(chǎn)品、藥品、軍事用品等以有效防止其變質的場所。從上世紀90年代起,隨著市民生活水平的不斷提高,對食品的需求質量都在不斷提升,因此我國的冷庫建設規(guī)模和數(shù)量也在不斷被擴大,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量的下降,因此是冷庫運營時必須解決的一個問題。計算流體

2、力學(Computational fluid dynamics,以下簡稱CFD)作為流體力學的一個分支用來研究不同流體的傳熱與傳質特性,目前CFD由于其自身的優(yōu)點使其運用領域不斷拓寬。本研究的目的在于探索一種運用CFD技術數(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機不同出風形式、風機不同安裝位置、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提供一定的理論

3、支持和參考依據(jù)。本課題的主要內容和研究結論如下:
　　(1)分別采用二維和三維方式建立冷庫模型并結合壁面函數(shù)修正與Boussineq假設模擬了一個4.5m(長)×3.3m(寬)×2.5m(高)的小型冷庫氣流流場組織,計算結果通過實際試驗測試比對發(fā)現(xiàn)采用三維技術相對二維數(shù)值模擬方法更接近試驗數(shù)值,同時冷庫模型采用非結構網(wǎng)格,由于非結構網(wǎng)格對復雜的模型適應性高因而比結構網(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;目標冷庫模型網(wǎng)格最合適的尺寸為10;冷庫內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合氣流流動的方程研究該小型冷庫采用不同回風形式的風機運行時對冷庫氣流的影響,得出的結論是:側回風形式的風機較后回風形式的風機更節(jié)能,冷庫降溫

5、運行的瞬態(tài)條件下溫度較高區(qū)域出現(xiàn)在風機的回風區(qū)域和墻角。同時對一個容積為210m3(長10m×寬7m×高3m)的冷庫進行了不同風機出風口形式的數(shù)值模擬研究,發(fā)現(xiàn)目標冷庫內采用兩臺三出風口比采用三臺兩出風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)的制冷量后對冷風機進行了選型,使用CFD數(shù)值模擬了該冷庫運行時的氣流組織,并分別進行了風機不同

6、吹風形式的對比。研究發(fā)現(xiàn)風機置于冷庫中央,分別向兩邊吹風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)在墻側拐角位置與回風區(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機吹風方式,參考《冷庫設計規(guī)范》等標準模擬不同貨物在冷庫儲存時,冷庫內整體和不同貨物區(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