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

1、冷庫(kù)是用于低溫儲(chǔ)存農(nóng)產(chǎn)品、藥品、軍事用品等以有效防止其變質(zhì)的場(chǎng)所。從上世紀(jì)90年代起,隨著市民生活水平的不斷提高,對(duì)食品的需求質(zhì)量都在不斷提升,因此我國(guó)的冷庫(kù)建設(shè)規(guī)模和數(shù)量也在不斷被擴(kuò)大,但是冷庫(kù)中氣流不合理的問(wèn)題一直沒(méi)有得到有效解決,這是由于傳統(tǒng)試驗(yàn)無(wú)法檢測(cè)到冷庫(kù)中流場(chǎng)不均勻的區(qū)域,而在冷庫(kù)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(chǎng)會(huì)造成冷庫(kù)制冷成本的上升和貨物凍藏質(zhì)量的下降,因此是冷庫(kù)運(yùn)營(yíng)時(shí)必須解決的一個(gè)問(wèn)題。計(jì)算流體

2、力學(xué)(Computational fluid dynamics,以下簡(jiǎn)稱(chēng)CFD)作為流體力學(xué)的一個(gè)分支用來(lái)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(diǎn)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(jì)算不同規(guī)模的冷庫(kù)中氣流流場(chǎng)的精確方法,通過(guò)實(shí)際試驗(yàn)證實(shí)該方法的可靠性后利用這種方式模擬大中型冷庫(kù)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(kù)中不同擺放形式等對(duì)冷庫(kù)流場(chǎng)的影響,旨在為今后冷庫(kù)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(kù)模型并結(jié)合壁面函數(shù)修正與Boussineq假設(shè)模擬了一個(gè)4.5m(長(zhǎng))×3.3m(寬)×2.5m(高)的小型冷庫(kù)氣流流場(chǎng)組織,計(jì)算結(jié)果通過(guò)實(shí)際試驗(yàn)測(cè)試比對(duì)發(fā)現(xiàn)采用三維技術(shù)相對(duì)二維數(shù)值模擬方法更接近試驗(yàn)數(shù)值,同時(shí)冷庫(kù)模型采用非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格,由于非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格對(duì)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(kù)的建模;冷庫(kù)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(shí)間的瞬態(tài)計(jì)算,具體表現(xiàn)為模擬值與試驗(yàn)值的誤差更小;目標(biāo)冷庫(kù)模型網(wǎng)格最合適的尺寸為10;冷庫(kù)內(nèi)氣流分布的方式為水平平面上對(duì)稱(chēng)性較好,豎直方向上中間流速小,上下較大;冷庫(kù)氣流流動(dòng)形式總體上呈一個(gè)大回流的形式。
　　(2)利用先前在小型冷庫(kù)中驗(yàn)證的可靠的三維建模方式結(jié)合氣流流動(dòng)的方程研究該小型冷庫(kù)采用不同回風(fēng)形式的風(fēng)機(jī)運(yùn)行時(shí)對(duì)冷庫(kù)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(kù)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(shí)對(duì)一個(gè)容積為210m3(長(zhǎng)10m×寬7m×高3m)的冷庫(kù)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(kù)內(nèi)采用兩臺(tái)三出風(fēng)口比采用三臺(tái)兩出風(fēng)口方案的氣流分布更均勻。
　　(3)由于大型冷庫(kù)中很難通過(guò)實(shí)驗(yàn)得到準(zhǔn)確的流場(chǎng)分布,本文在計(jì)算了某大型商用冷庫(kù)(長(zhǎng)48m×寬46m×高6m)的制冷量后對(duì)冷風(fēng)機(jī)進(jìn)行了選型,使用CFD數(shù)值模擬了該冷庫(kù)運(yùn)行時(shí)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(duì)比。研究發(fā)現(xiàn)風(fēng)機(jī)置于冷庫(kù)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(chǎng)較均勻;冷庫(kù)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(kù)降溫過(guò)程中溫度場(chǎng)分布受到流場(chǎng)分布的影響在水平面上具有良好的對(duì)稱(chēng)性。
　　(4)利用先前得到的大型冷庫(kù)中較合理的風(fēng)機(jī)吹風(fēng)方式,參考《冷庫(kù)設(shè)計(jì)規(guī)范》等標(biāo)準(zhǔn)模擬不同貨物在冷庫(kù)儲(chǔ)存時(shí),冷庫(kù)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(duì)冷庫(kù)流場(chǎng)的影響,得出了10cm的