自提冷冻冷藏柜风道结构的数值模拟与试验验证
发布时间：2020-09-17 10:20
随着我国经济的高速发展,人们对生活品质的要求越来越高,“民以食为天”,食品领域的质量安全问题开始进入人们的视野。近年来,我国物流行业的蓬勃发展,生鲜冷链物流也步入了高速发展的阶段。然而普通的物流末端配送常常会遇到物品囤积、配送脱节以及设备故障导致生鲜食品腐烂等问题。为解决生鲜和蔬果等食品配送“最后一公里”的难题,人们开始探究新的解决方案。于是,一种类似于报箱的自提冷冻冷藏柜开始出现在住宅、办公楼等区域,自提冷冻冷藏柜作为一种便利、快捷和环保的末端配送交互方式应运而生。对于自提冷冻冷藏柜来说,其内部的温度、湿度、风速和冷冻速度等是影响生鲜食品品质的主要因素。然而目前自提冷冻冷藏柜在结构方面等方面的研究仍存在一些不足,温湿度等因素的分布不均匀会导致食品的冷冻冷藏品质不一致,并进一步带来微生物的滋生,造成食品的腐败变质,因此保持自提冷冻冷藏柜内部的流场、温湿度场分布均匀至关重要。该冷柜的结构改进优化能够弥补未来高效、稳定的自提冷冻冷藏柜的市场空缺。风道结构的改变可有效改善自提冷冻冷藏柜内部气流组织以及优化其热环境性能。本文分别在自提冷冻冷藏柜无负载、有负载状态下,针对上送上回送风方式,改变风道结构,即轴流挡板角度(30°,45°,60°,90°)、背部送风孔板开孔方式(上疏下密的非均匀式开孔、下部集中式开孔、等间距式开孔)以及送风板穿孔率(10%,15%,20%),建立8种数值模型并分析比较,选取最优结构模型。并将其中的现有模型结构(挡板角度45°、集中开孔方式、开孔率15%)的数值模拟结果与实测结果进行对比,验证了数值模型的正确性。研究表明,在回风板角度为30°时,送风板为等间距式开孔、开孔率为20%时,自提冷冻冷藏柜内部气流组织相对合理,热环境性能较为理想。此外,本文提出采用温度平均值、整体均匀性以及不均匀系数等评价指标对不同风道结构模型内部食品包负载的温度分布情况进行评价分析,以反映冷冻柜热环境的理想程度。本文首先在现有自提冷冻冷藏柜结构下,通过试验验证了数值模型设计的正确性,为进一步的不同结构下的冷柜数值模型结构优化设计奠定基础,然后分别从速度场、温度场均匀性等方面对冷柜内部气流组织与温度特性进作出对比分析,最后通过不同的评价指标对自提冷冻冷藏柜内部负载热环境作出评价。为类似用途冷冻柜内部结构提供设计参考。
【学位单位】：南京师范大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TB657
【部分图文】：
１．２．２自提冷冻冷藏柜系统逡逑自提冷冻冷藏柜系统主要包括制冷系统、网络服务器、终端服务系统、带有逡逑自控门锁的冷柜终端及户外型终端布置系统，如下图１．２所示。逡逑制冷功能：其上方和下方均为两个相同的冷凝机组，机组分别包括冷凝器、逡逑压缩机、储液罐，主要来实现冷柜的冷藏功效。蒸发器布置于两边柜体的正上方，逡逑通过风机将冷气流送入到各个柜体，以实现冷柜的整体制冷。逡逑远程网络控制系统：产品终端自带无线网络连接系统，使产品在户外任何地逡逑点都能联网，可实现网络服务器与终端产品的实时对接以实现产品远程网络控逡逑制。自提冷冻冷藏柜内部的制冷控制器可以无线联网，也能通过网络对冷柜的运逡逑行状态进行监控，并且用户可以在自提柜通过控制面板或通过网络远程设置冷藏逡逑或冷冻所需温度。逡逑数据采集存储系统：系统包括温湿度、风速传感器和压力感应传感器。温湿逡逑度、风速传感器主要用于对柜体内部环境进行实时监控和数据采集
逦—Ｊ逡逑图１．１生鲜产品配送自提流程图逡逑１．２．２自提冷冻冷藏柜系统逡逑自提冷冻冷藏柜系统主要包括制冷系统、网络服务器、终端服务系统、带有逡逑自控门锁的冷柜终端及户外型终端布置系统，如下图１．２所示。逡逑制冷功能：其上方和下方均为两个相同的冷凝机组，机组分别包括冷凝器、逡逑压缩机、储液罐，主要来实现冷柜的冷藏功效。蒸发器布置于两边柜体的正上方，逡逑通过风机将冷气流送入到各个柜体，以实现冷柜的整体制冷。逡逑远程网络控制系统：产品终端自带无线网络连接系统，使产品在户外任何地逡逑点都能联网，可实现网络服务器与终端产品的实时对接以实现产品远程网络控逡逑制。自提冷冻冷藏柜内部的制冷控制器可以无线联网，也能通过网络对冷柜的运逡逑行状态进行监控
恒方程采用有限容积法进行离散并进行计算求解；逡逑（２）为验证建立的数值模型的可靠性，将仿真结果与试验实测结果进行了逡逑对比，其中试验测试是以一台自提冷冻冷藏柜样机冷冻区域作为研究对象，采用逡逑Ｔｅｓｔｏ邋４２５风速仪和Ｖａｉｓａｌａ邋ＨＵＭＩＣＡＰ温湿度变送器等测试该自提冷冻冷藏柜样逡逑机内各测点的速度和温度值；逡逑（３）速度场和温度场的计算模拟。用Ｆｌｕｅｎｔ前处理软件建立自提冷冻冷藏逡逑柜物理和数学模型，应用有限容积法对计算区域和控制方程进行离散分析，并对逡逑计算区域进行了网格划分。应用计算流体力学软件Ｆｌｕｅｎｔ，分别对冷柜无负载、逡逑有负载的两种状态，轴流风机处挡板（回风板）角度、背部送风孔板开孔方式以逡逑及背部孔板的开孔率三种结构改变进行模拟。箱体内的温度场和速度场进行了数逡逑值计算，获得冷柜内温度场和速度场的分布情况；逡逑（４）自提冷冻冷藏柜结构优化。对冷柜内温度场和速度场分布不均R脑义弦蚪蟹治霾⒆鞒鼋峁褂呕直鹉Ｄ饧扑懔瞬煌崃鞣缁Φ舶澹ɑ胤绨澹┙清义隙取⒈巢克头缈装蹇追绞揭约氨巢靠装宓目茁实睦涔衲谖露瘸『退俣瘸〉姆皱义喜迹⒍约扑憬峁龀龆员确治觯佣乱徊接呕杓谱蕴崂涠忱洳毓窠峁沟戾义隙嘶 ＝峁褂呕杓剖疽馔既缤迹保乘尽ｅ义
本文编号：2820596
【学位单位】：南京师范大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TB657
【部分图文】：
１．２．２自提冷冻冷藏柜系统逡逑自提冷冻冷藏柜系统主要包括制冷系统、网络服务器、终端服务系统、带有逡逑自控门锁的冷柜终端及户外型终端布置系统，如下图１．２所示。逡逑制冷功能：其上方和下方均为两个相同的冷凝机组，机组分别包括冷凝器、逡逑压缩机、储液罐，主要来实现冷柜的冷藏功效。蒸发器布置于两边柜体的正上方，逡逑通过风机将冷气流送入到各个柜体，以实现冷柜的整体制冷。逡逑远程网络控制系统：产品终端自带无线网络连接系统，使产品在户外任何地逡逑点都能联网，可实现网络服务器与终端产品的实时对接以实现产品远程网络控逡逑制。自提冷冻冷藏柜内部的制冷控制器可以无线联网，也能通过网络对冷柜的运逡逑行状态进行监控，并且用户可以在自提柜通过控制面板或通过网络远程设置冷藏逡逑或冷冻所需温度。逡逑数据采集存储系统：系统包括温湿度、风速传感器和压力感应传感器。温湿逡逑度、风速传感器主要用于对柜体内部环境进行实时监控和数据采集
逦—Ｊ逡逑图１．１生鲜产品配送自提流程图逡逑１．２．２自提冷冻冷藏柜系统逡逑自提冷冻冷藏柜系统主要包括制冷系统、网络服务器、终端服务系统、带有逡逑自控门锁的冷柜终端及户外型终端布置系统，如下图１．２所示。逡逑制冷功能：其上方和下方均为两个相同的冷凝机组，机组分别包括冷凝器、逡逑压缩机、储液罐，主要来实现冷柜的冷藏功效。蒸发器布置于两边柜体的正上方，逡逑通过风机将冷气流送入到各个柜体，以实现冷柜的整体制冷。逡逑远程网络控制系统：产品终端自带无线网络连接系统，使产品在户外任何地逡逑点都能联网，可实现网络服务器与终端产品的实时对接以实现产品远程网络控逡逑制。自提冷冻冷藏柜内部的制冷控制器可以无线联网，也能通过网络对冷柜的运逡逑行状态进行监控
恒方程采用有限容积法进行离散并进行计算求解；逡逑（２）为验证建立的数值模型的可靠性，将仿真结果与试验实测结果进行了逡逑对比，其中试验测试是以一台自提冷冻冷藏柜样机冷冻区域作为研究对象，采用逡逑Ｔｅｓｔｏ邋４２５风速仪和Ｖａｉｓａｌａ邋ＨＵＭＩＣＡＰ温湿度变送器等测试该自提冷冻冷藏柜样逡逑机内各测点的速度和温度值；逡逑（３）速度场和温度场的计算模拟。用Ｆｌｕｅｎｔ前处理软件建立自提冷冻冷藏逡逑柜物理和数学模型，应用有限容积法对计算区域和控制方程进行离散分析，并对逡逑计算区域进行了网格划分。应用计算流体力学软件Ｆｌｕｅｎｔ，分别对冷柜无负载、逡逑有负载的两种状态，轴流风机处挡板（回风板）角度、背部送风孔板开孔方式以逡逑及背部孔板的开孔率三种结构改变进行模拟。箱体内的温度场和速度场进行了数逡逑值计算，获得冷柜内温度场和速度场的分布情况；逡逑（４）自提冷冻冷藏柜结构优化。对冷柜内温度场和速度场分布不均R脑义弦蚪蟹治霾⒆鞒鼋峁褂呕直鹉Ｄ饧扑懔瞬煌崃鞣缁Φ舶澹ɑ胤绨澹┙清义隙取⒈巢克头缈装蹇追绞揭约氨巢靠装宓目茁实睦涔衲谖露瘸『退俣瘸〉姆皱义喜迹⒍约扑憬峁龀龆员确治觯佣乱徊接呕杓谱蕴崂涠忱洳毓窠峁沟戾义隙嘶 ＝峁褂呕杓剖疽馔既缤迹保乘尽ｅ义
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