-60℃低温速冻柜内流场及温度场模拟分析与实验研究

发布时间：2017-05-09 16:23

  本文关键词：-60℃低温速冻柜内流场及温度场模拟分析与实验研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着冷链物流业的不断发展,目前市场上对冰点为-35℃的蓄冷板需求量越来越大,这种蓄冷板在食品流通周转中既可以用来保存某些冷藏温度要求较低的食品,又可以使食品保持较长时间的低温,延长其保质期。本课题研发了BYF-400BCD型-60℃低温速冻柜,用来快速冻结-35℃蓄冷板,以满足冷链物流行业快速发展的需求。 论述了低温速冻柜体的设计原则和设计方法,对整个制冷系统装置的主要部件以及辅助部件进行了热力计算、型号配置和总体设计。建立了立式低温速冻柜的物理模型,利用Fluent对柜体内流场和温度场进行了模拟求解。同时,还建立了单块蓄冷板降温模型,利用Matlab编制求解程序对模型的冻结时间和温度变化进行了数值求解,同时还运用ANSYS15.0对蓄冷板冻结过程中内部温度场的分布以及冰层推进速度进行了模拟求解。 对试验样机BYF-400BCD型立式低温速冻柜的性能进行了实验测试,主要实验测试工作有： (1)测量样机BYF-400BCD柜内的出、回风口温度和风速等值为模拟计算提供边界条件； (2)测量了空负荷条件下柜内设定测点的温度以及风速等参数,找出柜内换热性能不利点并对柜体的温度场和流场进行了优化调整,使柜内温度场及流场尽量均匀分布,而后测量满负荷条件下柜内温度场以及流场的分布是否满足要求： (3)通过调整出风口风速、蓄冷板摆放方式,研究了不同送风速度和不同蓄冷板摆放方式对冻结蓄冷板的耗时和耗电量的影响。 (4)通过与相关低温速冻柜横向对比分析,论述了研发-60℃低温速冻柜的必要性。 通过数值模拟与实验结果对比,验证了所建模型的正确性。模拟结果与实验数据的误差为：空负荷条件下柜内测点温度值的最大误差为12.4%,速度值的最大误差为13%；实负荷条件下柜内测点温度值的最大误差为11.5%,速度值的最大误差为15.3%。另一方面,从对单块蓄冷板冻结模型的计算值与实验值的对比分析得出：数值计算的冻结时间结果为220min,实验的结果为190min,两者之间的误差为15.78%；从蓄冷板冻结过程中的表面温度变化上看,在整个降温过程中实验值和计算值之间的最大误差为17.36%。 最后,通过正交试验法对所得的实验数据进行了分析和评价。确认BYF-400BCD型低温速冻柜内的送风风速为1.8m/s,同层蓄冷板间竖直整齐摆放、上下两层间整齐叠放的方式进行摆放是比较合理的设计方案。在该条件下,完全冻结-35℃的蓄冷板用时21.67h,耗电量27.89KWh。
【关键词】：低温速冻柜 蓄冷板 性能 数值模拟 冻结时间 耗电量
【学位授予单位】：哈尔滨商业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TB657
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-13
• 1 绪论13-18
• 1.1 引言13
• 1.2 国内外低温装置及技术研究的发展近况13-15
• 1.3 课题主要研究方法15-16
• 1.4 课题主要研究内容16-18
• 2 低温速冻柜制冷系统及柜体的设计18-28
• 2.1 柜体设计要求及原则18-20
• 2.1.1 柜体设计内容18
• 2.1.2 柜体设计要求及原则18-19
• 2.1.3 低温速冻柜外形尺寸19-20
• 2.2 柜体保温层厚度的设计20-21
• 2.2.1 保温层材料的选择20-21
• 2.2.2 保温层厚度的确定21
• 2.3 低温速冻柜热负荷计算21-22
• 2.4 低温速冻柜制冷设备选型22-27
• 2.4.1 高低温压缩机的选型计算23-24
• 2.4.2 换热设备及辅助设备的选型24-27
• 2.5 本章小结27-28
• 3 速冻柜模型建立与柜内流场温度场模拟分析28-46
• 3.1 低温速冻装置几何物理模型的建立28
• 3.2 基本流动与换热模型的建立与分析28-30
• 3.2.1 基本假设28-29
• 3.2.2 流动与换热的基本方程29-30
• 3.3 物理模型网格的划分30-31
• 3.4 柜内送回风口设置模拟优化31-34
• 3.5 柜内温度场及流场模拟34-41
• 3.5.1 柜内温度场分布图34-37
• 3.5.2 柜内流场分布图37-41
• 3.6 蓄冷板降温模型的建立41-44
• 3.7 本章小结44-46
• 4 低温速冻柜传热性能的实验研究46-57
• 4.1 实验目的及研究的对象46
• 4.2 实验装置及测试方法46-50
• 4.2.1 实验装置46
• 4.2.2 测量系统46-50
• 4.3 实验测量50-52
• 4.3.1 测量步骤50-51
• 4.3.2 柜内风速的测定51
• 4.3.3 柜内温度的测定51
• 4.3.4 耗电量的测定51-52
• 4.4 实验内容52-53
• 4.4.1 柜内温度场及流场优化实验52
• 4.4.2 空负荷拉低温实验52
• 4.4.3 实负荷拉低温实验52
• 4.4.4 实负荷变设置参数实验52
• 4.4.5 不同温度低温柜冻结对比实验52-53
• 4.5 实验结果53-56
• 4.5.1 低温速冻柜内空负荷条件下温度场的变化53
• 4.5.2 低温速冻柜内实负荷条件下温度场的变化53-55
• 4.5.3 低温速冻柜耗电量55-56
• 4.6 本章小结56-57
• 5 数值模拟与实验测试数据的对比分析57-68
• 5.1 速冻柜内测定参数模拟与实验的对比57-58
• 5.2 蓄冷板冻结模型的求解58-62
• 5.2.1 计算解与实验值的对比58-59
• 5.2.2 蓄冷板冻结云图分布59-62
• 5.3 不同温度低温柜冻结时间及能耗对比分析62-63
• 5.4 速冻时间变化趋势63-65
• 5.5 耗电量变化趋势65
• 5.6 用正交试验法确定柜内最佳参数65-66
• 5.7 本章小结66-68
• 结论68-70
• 参考文献70-75
• 攻读学位期间发表的学术论文75-76
• 致谢76

【参考文献】

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