两种冷库环境的CFD模拟与评估

© 2013由Elsevier B.V.发布。信息工程研究院负责评选和同行评议可在www.sciencedirect.com在线获取ScienceDirectIERI Procedia 5（2013）28 - 402013年农业与自然资源工程两种不同冷库环境因素Serap Akdemira，Serhat Ozturkc，Firat Oguz Edisb，Erdinc Bald*aAsssit.Prof.Dr.，Namik Kemal大学，技术科学职业学校，空调和制冷方案，59030，Tekirdag，土耳其c教授和博士，伊斯坦布尔技术大学航空航天学院Maslak，土耳其d农业工程师，Namik Kemal大学，农业学院，59030，Tekirdag，土耳其NamikKemal University，Faculty of Agriculture，59030，Tekirdag Turkey，摘要摘要本研究之目的在于探讨两间冷藏库在两种不同冷却系统下之环境温度与相对湿度分布。其中一个冷库被称为冷库-I，具有经典的冷却系统，如压缩机，冷凝器和蒸发器。第二个叫冷库-II，有供冷空调系统、冷风通风和吸气系统，以及加湿系统。采用计算流体力学方法模拟冷库壁温、湿度分布。储存温度和相对湿度分别假定为2° C和90%。边界条件设置为：入口-流体入口的表面，出口-流体出口的表面，以及壁-固体，防止流体流动。利用ANSYS14.0建立四面体网格，并在求解时完成计算.湍流模型采用k-（k-k）。本研究针对两种不同冷却系统之冷库空间分布进行模拟与评估。从计算流体力学模型确定的数据进行了比较，为两个冷藏库。冷库-II比冷库-I好，因为它有位于天花板上的空气分布孔。© 2013作者。 由Elsevier B. V.在CC BY-NC-ND许可下开放获取。信息工程研究院负责评选和同行评议关键词：温度，相对湿度冷库，计算流体力学，建模1. 介绍*通讯作者。联系电话：+90 282 2504009;传真：+90 282 2509934。电子邮件地址：sakdemir@nku.edu.tr。2212-6678 © 2013作者出版社：Elsevier B.V. 在CC BY-NC-ND许可下开放访问。信息工程研究所负责的选择和同行评审doi：10.1016/j.ieri.2013.11.066Serap Akdemir等人/ IERI Procedia 5（2013）2829计算流体动力学（CFD）使用强大的计算机和应用数学来模拟流体流动。只是在最近几年，CFD才被应用于食品加工行业（Xia，Da-Wen Su，2002.采用计算流体力学（CFD）方法对冷库内的气流和温度分布进行了数值模拟。研究的方面包括建筑物外风速的影响以及可能在冷库入口外增加走廊。进行了稳态和非稳态计算（Margeirsson和Sigurjon Arason，2008）。开发了单尺度三维计算流体动力学模型，用于估计气流、热量和质量传递（Sajadiye等人，2012年）。计算流体动力学模型可以预测的温度在功率损失和结果显示了一个可接受的匹配与家用冰箱的实验结果。该模型被扩展到预测大型冷库中的温度变化，结果还表明PCM可以限制空气温度的上升（Gin等人，2010年）。建立了温室内温度和相对湿度分布的计算流体力学模型。该模型通过单栋温室中雾冷却实验的数据进行了验证（Kim等人，2007年）。计算流体动力学（CFD）已经应用于许多与流体流动相关的领域.冷藏库中食品的冷却速率和质量高度依赖于与流场密切相关的温度场（Xhie等人，2006年）。本研究旨在探讨两间冷藏库在两种不同冷却系统下的温湿度分布。采用计算流体动力学方法模拟冷库壁面的温度和相对湿度分布。储存温度和相对湿度分别假定为2° C和90%。边界条件设置为：入口-流体入口的表面，出口-流体出口的表面，以及壁-固体，防止流体流动。在两个冷库的两种不同的冷却系统的空间分布进行了建模和评估。从计算流体力学模型确定的数据进行了比较，为两个冷藏库。2. 材料和方法2.1. 材料2.1.1. 冷库-I冷库被称为冷库-I，具有经典的冷却系统，如压缩机，冷凝器和蒸发器。冷库-I的尺寸为4.60 × 4.35× 3.41 m（长宽高），容积为68.3m3（图1）。Fig. 1.冷藏库-I尺寸和总视图压缩机的型号和功率分别为全封闭和7BG。冷凝器有轴流风机，容量为15 kW。30Serap Akdemir等人/ IERI Procedia 5（2013）282.1.2. 冷库-II冷库的尺寸为4 × 5 × 3米（长、宽、高）（图2）。冷库容积为60m3.制冷量为15kW，冷空气通过进风通道进入冷库。因此，冷库内冷空气分布均匀，工作温度和相对湿度分别在0°C /+30 °C和55- 95%之间变化。相对湿度公差为± % 5和± 0.5 °C。该系统由水冷却单元、空调单元和控制单元组成。图二. 实验冷库概况冷库的墙壁、天花板和基础采用预制聚氨酯夹层板。根据DIN 4108，聚氨酯的传热系数为0.025Wm-1 K-1。此外，墙壁和天花板面板的表面覆盖有0.5 mm厚的镀锌钢板，涂有聚酯基涂料。地面面板由具有填充聚氨酯的9 mm胶合板制成，并且一侧用0.5 mm不锈钢覆盖，另一侧用0.5 mm镀锌钢板覆盖。空调系统采用轴流式通风机，风量为8000m3 h-1。风量可由变频器调节。冷却系统容量为10 kW，加热系统容量为5 kW。用于改变冷库环境温度和相对湿度的自动控制系统。冷空气通过入口（压力）空气通道分布在冷藏库中，并通过出口（抽吸）空气通道吸入以释放到外部。这一过程是由系统的中心气候具体化的。有3个入口用于分配冷空气和3个出口用于吸入排出的空气。冷却系统还配有蒸汽加湿装置。它的容量为2kgh-1，用于保持冷库的相对湿度在所需的水平。2.2. 方法采用计算流体力学（CFD）方法模拟了这两个冷库内的温度和相对湿度的空间分布。软件为AnsysFluent 14.0。计算分析包括几何建模、数值网格生成、结果分析和评价等阶段。这个过程需要强大的计算机系统。在这项研究中，这种方法被用来分析冷库。为此，确定了冷库的边界条件。边界条件是;入口;流体入口表面，出口;流体出口表面，壁;固体，防止流体流动当访问解决方案时，创建四面体网格并完成计算。使用k-（k-e）对湍流进行建模。模型中考虑了来自边界的热传递和照明系统。冷藏库的基础被认为是孤立的表面。作为边界条件，恒定的热传递被用于墙壁和天花板。储存温度和相对湿度分别假定为2° C和90%。CFD模型被用来确定数据来比较两个冷库。数据来自18个Serap Akdemir等人/ IERI Procedia 5（2013）2831外墙（3）门墙（1）内墙（4）后墙（2）不同的点，并通过使用描述性统计对每个冷库进行评价。冷库的墙体命名如图3和图4所示。蒸发器壁（2）门墙右视线（4）门墙（1）门墙顶（3）图三.冷库的墙号和名称-I图4.冷库墙号及名称-二3.结果和讨论3.1. 冷库-I图5、图6、图7、图8、图9、图10、图11、图12、图13、图14、图15、图16、图17、图18、图19、图1图7和图八、32Serap Akdemir等人/ IERI Procedia 5（2013）28图五.门墙Serap Akdemir等人/ IERI Procedia 5（2013）2833见图6。蒸发器壁34Serap Akdemir等人/ IERI Procedia 5（2013）28见图7。门墙对面温湿度的CFD模型Serap Akdemir等人/ IERI Procedia 5（2013）2835见图8。蒸发器壁3.2. 冷库-II利用Ansys Fluent软件对冷库-I不同墙体的温度（oC）和相对湿度（RH）的空间分布进行了测定，如图9、图10、图11和图12所示。36Serap Akdemir等人/ IERI Procedia 5（2013）28见图9。门墙温湿度的CFD模型Serap Akdemir等人/ IERI Procedia 5（2013）2837见图10。门墙交叉处温湿度的CFD模型38Serap Akdemir等人/ IERI Procedia 5（2013）28见图11。门-墙左视温、湿度CFD模型Serap Akdemir等人/ IERI Procedia 5（2013）2839见图12。门-墙右视温、湿度CFD模型表1给出了冷库计算流体力学模型和描述性统计数据。表1. Cols stoeage-I和Cold storage-II冷库-I冷库-II壁号描述性统计量t（oC）相对湿度（%）t（oC）相对湿度（%）1是说2.5490.692.2181.85最小1.3280.601.5476.00最大3.4598.203.2585.16标准偏差0.842.060.663.862是说2.8896.152.2386.72最小1.5994.201.6083.31最大3.3299.183.2595.20标准偏差0.572.060.623.833是说2.8791.392.2084.70最小0.8880.601.5679.80最大3.5599.183.2594.20标准偏差0.617.190.643.294是说2.7892.262.2284.26最小0.8876.01.5476.00最大3.5599.183.2595.20标准偏差0.686.960.633.8040Serap Akdemir等人/ IERI Procedia 5（2013）28分析了冷库壁面附近环境温度和相对湿度的空间分布。模拟结果表明，由于I型冷库中的冷空气仅由蒸发器分配，因此，采用气流组织和吸气系统的II型冷库的空间变异性要优于采用常规冷却系统的I型冷库。在二号冷库中，有三个冷气分配入口和位于天花板不同位置的排风吸出口。确认感谢土耳其科学技术研究委员会（TUBITAK）对我们110O147项目的支持。引用[1] 杜松子酒，B.，法里德，M。M.，Bansal，P. K.，2010年，相变材料应用于冷库的建模，2010年国际高性能建筑会议。[2] Kim K，Giacomelli G A.，Yoon J Y，Sadeneori S，Son JE，Nam SW和LEE 5 I B，CFD建模以改进用于冷却温室的雾系统的设计，JARQ（2007）41（4），283http://www.jircas.affrc.go.jp[3] Margeirsson，B.，阿拉森美国，2008.冰岛大学，Borgartun 21，105 Reykjavik，冰岛，冷库的温度监测和CFD建模。电子邮件地址：bjorn. matis.is[4] Mirade P S，Picgirard L，2006年。通过CFD研究改善工业批量式胴体冷却机的通风均匀性，国际食品研究[5] Sajadiye，S. M.，艾哈迈迪，H.，Mostafa，S.，Seyed，H.，Mohtasebi，S.，Layeghi，M.，Mostofi，Y.，Raja，A.，2012.使用单尺度CFD模拟评估典型满载蓄冷的冷却性能，现代应用科学第6卷，第1期; 2012年[6] 夏湾;孙，D.- W.，计算流体动力学（CFD）在食品工业中的应用：综述，农业计算机和电子学34（2002）5[7] Xie，J.，Qu，X.- H、Shi，J-Y.，Sun，D-W.，设计参数对流场和温度场的影响，2006年。