浸渍式速冷饮品柜冷却理论分析及实验研究

发布时间：2017-10-07 15:04

  本文关键词：浸渍式速冷饮品柜冷却理论分析及实验研究

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【摘要】：随着能源不断地大量消耗,大力发展节能环保的家用或商用设备已成为当今发展趋势。冷饮需求量伴随着经济的发展也在逐年增长,销售高峰期常出现供不应求的现象,因此,深入研究冷饮速冷方法和应用显得尤为重要。速冷饮品柜冷却理论研究与装置的研制对实现可持续发展,节约电力资源有深远的意义。本文采用模拟和实验相结合的方法研究了浸渍式速冷饮品柜的快速冷却节能效果,对浸渍式速冷饮品柜制冷系统理论循环进行了热力分析和设备研制。同时与常规风冷式饮品柜冷却效果进行了对比实验分析,以验证浸渍式实验装置的经济性并提出了改进方向,为改善速冷饮品柜的性能提供了思路。建立了速冷饮品柜仿真模型,利用FLUENT软件对影响浸渍式速冷饮品柜快速冷却效果的主要因素进行了模拟分析,设定了多种条件下的冷却方案并分别预测了冷却时间,对模拟结果进行了相关性分析。由模拟结果分析得知：载冷剂的流速与温度对饮品降温效果均有不同程度的影响,且相关性显著,但相比温度,载冷剂流速对饮品降温速度影响更大。结合模拟结果对设计的浸渍式速冷饮品柜实际冷却情况进行了实验研究。测试分析了浸渍式速冷环境中冰红茶饮料内部温度随时间的变化、冷却速率和能耗情况。柜内所有冰红茶从32℃降至6℃,温控器设定3℃时需210min,温控器设定-3℃时需140min。由实验研究得知：同一时刻,同一纵截面,瓶子底部温度最低,瓶子顶部温度最高,中心温度居中；由于载冷剂温度越低饮料降温越快,以确保冰红茶不结冰为前提,尽可能降低载冷剂温度。对比模拟和实验结果得知：实验与模拟所得饮料中心温度随时间变化趋势基本一致,实验测得9号瓶中心温度达6℃需要122min,模拟计算需要102min,实验与模拟的误差为16.39%,分析误差的主要原因是饮料含有多种组分的混合物,且含有多种添加剂,会在某种程度上影响甚至改变其物性,故其物性较为复杂无法确定,而模拟过程中做了一些理想假设,这与实际情况存在一定的差距。另一方面,采用常规风冷饮品柜冷却冰红茶饮料作为对照实验,比较不同冷却方式的效果并做了节能分析,以验证浸渍式速冷饮品柜的优越性与实用性。在相同实验条件下,采用常规风冷饮品柜降温测得柜内所有冰红茶都降至6℃耗时20.3h,浸渍式速冷饮品柜需2.42h(以实验Ⅱ-3℃为标准)。以每天200瓶销售量计算,采用常规风冷饮品柜耗电量7.936kWh,浸渍式速冷饮品柜(-3℃)耗电量4.56 kWh,一台浸渍式速冷饮品柜每天可节约3.376kWh电能,由此推算,一年可为国家节约电能1232.24kWh,节能效果显著。通过理论分析和实验研究还表明,靠近蒸发器侧饮料降温速度大于远离蒸发器侧饮料降温速度,载冷剂温度越低柜内饮料降温均匀性越差。针对这个问题,提出了改进思路：缩短水槽长度减少装瓶量；将蒸发器和旋转涡轮安装在柜子中间,柜子两侧装瓶,流体分别向两侧流动换热,将会改善冷饮柜的降温效果,为进一步研究液体饮品的速冷提供一定参考依据。
【关键词】：饮品柜 快速冷却 浸渍式 风冷式 数值模拟 实验
【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】：2016
【分类号】：TB657
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-13
• 1 绪论13-17
• 1.1 研究背景13
• 1.2 研究目的及意义13
• 1.3 国内外研究现状13-15
• 1.4 研究方案的提出15-17
• 2 基础理论研究17-21
• 2.1 浸渍式冷却17
• 2.2 载冷剂17-19
• 2.2.1 载冷剂种类及特性17
• 2.2.2 浸渍式冷却载冷剂的选取17-18
• 2.2.3 载冷剂配制依据18-19
• 2.3 溶液的热物理性质19-20
• 2.4 本章小结20-21
• 3 浸渍式速冷饮品柜的设计21-25
• 3.1 速冷饮品柜设计参数21-22
• 3.1.1 速冷饮品柜制冷量21
• 3.1.2 制冷剂的选取21
• 3.1.3 速冷饮品柜整体布置21-22
• 3.2 制冷系统的设计22-24
• 3.2.1 制冷系统的理论循环22-23
• 3.2.2 设备选型23-24
• 3.3 本章小结24-25
• 4 速冷水槽内部传热数值模拟25-37
• 4.1 FLUENT软件25
• 4.2 计算模型的建立25-28
• 4.2.1 物理模型25-26
• 4.2.2 数学模型26-28
• 4.2.3 理论假设28
• 4.3 数值模拟分析及结果28-36
• 4.3.1 单因素模拟结果分析28-32
• 4.3.2 正交模拟结果与分析32-33
• 4.3.3 模拟结果33-36
• 4.4 本章小结36-37
• 5 速冷饮品柜的实验研究37-51
• 5.1 实验方案37-41
• 5.2 实验结果与分析41-48
• 5.2.1 冰红茶冰点测定结果与分析41-42
• 5.2.2 常规风冷饮料降温实验42
• 5.2.3 浸渍式饮料速冷实验42-48
• 5.3 实验结果与理论计算结果的比较分析48-49
• 5.4 速冷饮品柜的经济性分析49-50
• 5.5 本章小结50-51
• 结论51-53
• 参考文献53-57
• 攻读学位期间发表的学术论文57-58
• 致谢58

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本文编号：988505