導(dǎo)語(yǔ)：陳列柜風(fēng)幕熱負(fù)荷管理論文一文來(lái)源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢(xún)客服老師，歡迎參考。

摘要風(fēng)幕卷吸滲入的熱負(fù)荷約占超市陳列柜熱負(fù)荷的70%，本文采用雷諾應(yīng)力模型（ReynoldsStressModel）對(duì)某臥式超市陳列柜的風(fēng)幕進(jìn)行了仿真計(jì)算和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。并在CFD理論模型基礎(chǔ)上，對(duì)溫度場(chǎng)和濕度場(chǎng)進(jìn)行分析，分析風(fēng)幕的熱負(fù)荷分布，并證明環(huán)境空氣的卷吸是風(fēng)幕熱負(fù)荷的主要來(lái)源。

關(guān)鍵詞超市陳列柜風(fēng)幕CFD熱負(fù)荷分析濕度場(chǎng)

1引言

陳列冷柜已經(jīng)在各類(lèi)超市中已得到認(rèn)可和普及，內(nèi)外側(cè)的隔熱一般采用風(fēng)幕。但是風(fēng)幕對(duì)周?chē)諝庥休^強(qiáng)的卷吸作用；另一方面，冬季陳列框風(fēng)幕的冷泄漏又形成超市空調(diào)系統(tǒng)的一個(gè)重要冷負(fù)荷。因此，研究陳列柜風(fēng)幕系統(tǒng)形成的影響因素是設(shè)計(jì)節(jié)能、性能優(yōu)良的陳列柜的關(guān)鍵，也是設(shè)計(jì)超市空調(diào)系統(tǒng)的依據(jù)。

國(guó)內(nèi)外對(duì)風(fēng)幕的研究主要集中于溫度場(chǎng)和速度場(chǎng)，如DavidStribling仿真了簡(jiǎn)化的冷柜，將他的誤差主要?dú)w結(jié)于對(duì)濕度場(chǎng)的研究[1]。

南加州Edison制冷實(shí)驗(yàn)室（SCERTTC）定量測(cè)試的典型陳列柜的冷負(fù)荷分布情況，提出陳列柜73%的能耗來(lái)自風(fēng)幕的耗

散[2]。

本文采用CFD方法對(duì)立式陳列柜的風(fēng)幕系統(tǒng)進(jìn)行仿真，以期為陳列柜風(fēng)幕系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供設(shè)計(jì)思路。

2CFD模型和邊界條件

2．1計(jì)算模型

立式陳列柜通常成排放置，其長(zhǎng)度方向尺寸遠(yuǎn)大于高度和深度方向，故可簡(jiǎn)化為二維模型。臥式陳列柜的結(jié)構(gòu)如圖1所示。計(jì)算時(shí)忽略外部輻射和絕熱層的傳導(dǎo)換熱。回風(fēng)空氣在流道內(nèi)經(jīng)過(guò)蒸發(fā)器，溫度、濕度降低后，經(jīng)過(guò)噴射口水平射出，形成臥式陳列柜的風(fēng)幕。與立式陳列柜相比較，臥式陳列柜的出風(fēng)速度較低，在浮升力的影響下，風(fēng)幕有較大的變型。因此本文中紊流模型選用帶浮升力項(xiàng)的雷諾應(yīng)力模型（ReynoldsStressModel）。

濕度場(chǎng)的采用簡(jiǎn)化的組分平衡方程：

m1表示組分1的質(zhì)量分?jǐn)?shù)；J1是擴(kuò)散通量；R1是反應(yīng)生成率，本案例中為0。我們把水蒸氣在陳列柜中生成小液滴的反應(yīng)，簡(jiǎn)化為水蒸汽低于當(dāng)?shù)芈饵c(diǎn)溫度就產(chǎn)生小液滴，且在固體壁面不凝結(jié)。

圖1臥式陳列柜結(jié)構(gòu)示意與實(shí)驗(yàn)點(diǎn)分布圖

2．2邊界條件的處理

1）為使求解過(guò)程穩(wěn)定，所有邊界均采用速度為零，絕熱的第一類(lèi)邊界條件，外部空間為大空間，溫度為27℃，絕對(duì)濕度為10g/kg。

2）進(jìn)風(fēng)口按實(shí)驗(yàn)值設(shè)定速度、溫度邊界條件；回風(fēng)口邊界條件按進(jìn)風(fēng)口設(shè)定為-10Pa的壓力邊界條件。進(jìn)風(fēng)口的絕對(duì)濕度為0.2g/kg，溫度為-30℃，送風(fēng)速度0.6m/s。

3）壁面函數(shù)采用Spalding方法處理，該方法比較適合于Pr<1氣體。

4）為了加快收斂速度，動(dòng)量方程采用QUICK算法，壓力方程采用標(biāo)準(zhǔn)SIMPLE算法。

2．3實(shí)驗(yàn)裝置與誤差分析

計(jì)算所用的陳列柜原型被放在一個(gè)獨(dú)立的房間內(nèi)進(jìn)行測(cè)試，該房間溫度波動(dòng)小于1℃，濕度波動(dòng)小于0.2k/kg。溫度的測(cè)量采用T型熱電偶，速度測(cè)量采用熱球風(fēng)速儀，濕度的測(cè)量采用電阻型高分子濕度傳感器，并用TESTO-400型測(cè)量?jī)x進(jìn)行校準(zhǔn)。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，數(shù)據(jù)采集使用KEITHLEY-2700數(shù)據(jù)采集儀，測(cè)試前將熱電偶放在冰水混合物中進(jìn)行校準(zhǔn)。

實(shí)驗(yàn)值與計(jì)算值比較如圖2、3、4所示。結(jié)果顯示：說(shuō)明本文建立的模型基本能反應(yīng)其速度場(chǎng)與溫度場(chǎng)的實(shí)際分布。

圖2測(cè)試點(diǎn)溫度比較圖

圖3測(cè)試點(diǎn)絕對(duì)濕度比較圖

圖4測(cè)試點(diǎn)速度比較圖

分析實(shí)驗(yàn)值與計(jì)算值之間存在的誤差，認(rèn)為主要來(lái)源于以下4點(diǎn)：

（1）由于采用直接測(cè)量法，測(cè)量所采用的濕度傳感器和熱球風(fēng)速儀對(duì)風(fēng)幕有一定的干擾作用，因此存在一定誤差。

（2）計(jì)算模型中僅考慮對(duì)流換熱的影響，并對(duì)模型進(jìn)行了簡(jiǎn)化。實(shí)際工況下，輻射傳熱和由風(fēng)道外側(cè)保溫層進(jìn)入的傳導(dǎo)熱對(duì)溫度場(chǎng)也有一定影響。

（3）在數(shù)值計(jì)算中，濕度場(chǎng)并未完全耦合。盡管在風(fēng)幕上方的濕度測(cè)量結(jié)果顯示有一層濕空氣飽和區(qū)，形成的小液滴必定會(huì)在重力的影響下對(duì)濕度場(chǎng)有一定的作用，但是在CFD計(jì)算的每個(gè)網(wǎng)格中，僅在擴(kuò)散方程中處理濕空氣，所以會(huì)產(chǎn)生一定的誤差。

（4）另外，陳列柜外側(cè)存在一定的亂流干擾。所以，實(shí)際情況下陳列柜風(fēng)幕的隔熱效果比CFD計(jì)算稍差。

3CFD分析

3．1流場(chǎng)分析

CFD計(jì)算的優(yōu)點(diǎn)在于能比較方便地改變邊界條件及其參數(shù)，分析各參數(shù)的影響并對(duì)其優(yōu)化，減少實(shí)驗(yàn)試制的次數(shù)，以節(jié)約研制費(fèi)用并縮短周期。從風(fēng)幕的流場(chǎng)圖（圖5）可以看出風(fēng)幕按其結(jié)構(gòu)可分為三個(gè)不同的區(qū)域：

圖5陳列柜流函數(shù)分布圖

第一個(gè)區(qū)是出口區(qū)，由于風(fēng)口僅僅采用兩片薄板作為氣流噴射方向的引導(dǎo)。所以出風(fēng)口的速度分布不理想，主要表現(xiàn)在：1.出風(fēng)口的橫截面沒(méi)有均勻的速度梯度，導(dǎo)致風(fēng)幕的脈動(dòng)速度較強(qiáng)，不利于隔熱和隔濕。如果采用塑料孔板整流，風(fēng)幕的水平方向性會(huì)更強(qiáng)，脈動(dòng)速度較弱，隔熱隔濕的效果會(huì)更好。

圖6陳列柜溫度場(chǎng)分布圖

第二個(gè)區(qū)是發(fā)展區(qū)，在這一區(qū)域，風(fēng)幕在浮升力的作用下有較大的變形，風(fēng)幕的主流與方向與陳列柜底板板呈45度角。在這一區(qū)域，風(fēng)幕的中心速度進(jìn)一步降低，它的兩側(cè)面受到黏性力的作用，而逐漸耗散。同時(shí)在其下方形成一個(gè)渦流。當(dāng)風(fēng)幕的主流遇到陳列柜底板后，風(fēng)幕的主流再次改變方向，順著底板流動(dòng)，并在其上方形成一個(gè)較長(zhǎng)的渦流。該渦流的底部與溫度較低的風(fēng)幕接觸，頂部與陳列柜上方的熱濕空氣接觸，所以這個(gè)渦流循環(huán)是陳列柜熱濕負(fù)荷的主要來(lái)源之一。

第三個(gè)區(qū)是回風(fēng)區(qū)，在該區(qū)域，風(fēng)幕在回風(fēng)口的抽吸作用下重新匯合。但是其上方有一定的空氣渦流，風(fēng)幕的底部又受到陳列柜壁面的影響，氣流的方向不一致，導(dǎo)致風(fēng)幕的溫濕度進(jìn)一步升高（見(jiàn)圖6）。

3．2濕度場(chǎng)分布

從絕對(duì)濕度場(chǎng)圖（圖7）來(lái)看，從蒸發(fā)器排出冷空氣的相對(duì)濕度一般為85%，由于送風(fēng)通道有一定的漏熱，使得出風(fēng)口的相對(duì)濕度降低至70%左右。在風(fēng)幕與環(huán)境熱濕空氣交換的過(guò)程中，第一區(qū)域上方的絕對(duì)濕度與相對(duì)濕度最大，極有可能在該處形成小液滴。在回風(fēng)口附近，溫度梯度比絕對(duì)溫度梯度大，所以應(yīng)該產(chǎn)生回風(fēng)口上方的相對(duì)濕度回風(fēng)口下方的相對(duì)濕度小的現(xiàn)象。這一現(xiàn)象在實(shí)際測(cè)量中得到了證實(shí)（見(jiàn)表1）。

圖7陳列柜絕對(duì)濕度分布圖

利用CFD計(jì)算，陳列柜熱負(fù)荷的分布如表2所示。在試驗(yàn)工況下陳列柜的主要熱負(fù)荷來(lái)自風(fēng)幕的顯熱負(fù)荷見(jiàn)圖8。

圖8陳列柜熱負(fù)荷分布圖

陳列柜溫濕參數(shù)表表1溫度(K)絕對(duì)溫度（g/kg）

蒸發(fā)器出口2430.2

出風(fēng)口244.980.2

回風(fēng)隔篩252.980.74

回風(fēng)通道入口253.350.74

總增量10.350.54

陳列柜的熱負(fù)荷分布表表2

顯熱負(fù)荷潛熱負(fù)荷

總熱負(fù)荷（J/m）488.7

出風(fēng)口通道（%）16.9-

風(fēng)幕（%）68.4811.4

回風(fēng)口通道（%）3.17-

所占比例（%）88.611.4

現(xiàn)在的研究還存在一些問(wèn)題。首先，如何準(zhǔn)確測(cè)量風(fēng)幕的速度場(chǎng)是困擾實(shí)論證的一個(gè)難題。由于陳列柜的速度場(chǎng)直接影響其溫度場(chǎng)與濕度場(chǎng)的分布。用一系列詳細(xì)的溫度場(chǎng)分布圖來(lái)論證CFD計(jì)算的合理性也不失為一種方法。其次，CFD模型還不能精確的計(jì)算風(fēng)幕的各個(gè)場(chǎng)分布情況，如何使計(jì)算值與測(cè)試值相吻合可以從調(diào)整紊流模型和避免過(guò)多的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化入手。最后，蒸發(fā)器的結(jié)霜與融霜過(guò)程對(duì)風(fēng)幕隔熱性能有較大的影響，考查風(fēng)幕的隔熱性能還缺少一個(gè)比較權(quán)威的指標(biāo)，這些問(wèn)題還有待進(jìn)一步的研究。

4總結(jié)

本文采用雷諾應(yīng)力模型建立了超市陳列柜雙層風(fēng)幕的數(shù)學(xué)模型并進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，研究表明風(fēng)幕的發(fā)展可以分為三個(gè)不銹鋼的區(qū)域。本文同時(shí)利用CFD方法的靈活性，對(duì)風(fēng)幕的溫濕度場(chǎng)進(jìn)行模擬，分析了風(fēng)幕各個(gè)階段的熱負(fù)荷分布，證明了解決風(fēng)幕變形與耗散是設(shè)計(jì)高效節(jié)能陳列柜的關(guān)鍵。最后，提出了一些有待進(jìn)一步研究的問(wèn)題與解決思路。

參考文獻(xiàn)

1DavidStribling,Savvas,A.Tassou,DouglasMarriott.Atwo-dimensionalCFDmodelofarefrigerateddisplaycase.ASHRAETrans,1996.

2RaminFarmrzi,P.E..EfficientdisplaycaserefrigerationASHRAEJournal,1999(11)

3Howell,R.H.Effectsofstorerelativehumidityonrefrigerateddisplaycaseperformance.ASHRAETrans1993,99(1):667.