自提冷冻冷藏柜风道结构的数值模拟与试验验证

摘要

随着中国经济的高速发展，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，中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。

目录

声明

摘要

第1章绪论

1．1课题背景及研究意义

1．2自提冷冻冷藏柜相关介绍

1．2．1生鲜产品配送、自提系统

1．2．2自提冷冻冷藏柜系统

1．3自提冷冻冷藏柜应用

1．3．1自提冷冻冷藏柜国外发展状况

1．3．2自提冷冻冷藏柜国内发展状况

1．4国内外研究进展

1．4．1冷柜流场与温度场的数值模拟研究

1．4．2冷柜围护结构、蒸发器等的改变对于内部流场与温度场的影响

1．4．3送风工况的改变对冷柜内部流场与温度场的影响

1．4．4冷冻冷藏柜的其他方面研究

1．5目前存在的主要问题

1．6本文主要研究内容

第2章数学模型的建立及理论分析

2．1物理模型

2．2数学模型

2．2．1基本假设

2．2．2控制方程

2．2．3多孔介质模型

2．2．4湍流方程

2．3模型网格划分和定解条件

2．3．1网格划分

2．3．2边界条件与初始值设定

2．4数值求解

2．5自提冷冻冷藏柜数值模拟计算结果分析

2．5．1自提冷冻冷藏柜速度场分布

2．5．2自提冷冻冷藏柜温度场分布

2．6本章小结

第3章自提冷冻冷藏柜的试验研究及数值模型验证

3．1试验研究对象及研究目的

3．2自提冷冻冷藏柜系统样机、测试装置及试验方案

3．2．1样机装置及循环原理介绍

3．2．2数据采集设备

3．3试验方案

3．4试验结果分析

3．4．1自提冷冻冷藏柜(无负载)试验与模拟对比分析

3．4．2自提冷冻冷藏柜(无负载)试验不确定度分析

3．4．3自提冷冻冷藏柜(有负载)试验与模拟对比分析

3．4．4自提冷冻冷藏柜(有负载)试验不确定度分析

3．5本章小结

第4章轴流风机挡板角度对内部流场和温度场的影响

4．1无负载结构下冷柜内部流场与温度场均匀性对比分析

4．2有负载结构下冷柜内部流场与温度场均匀性对比分析

4．3轴流风机挡板(回风板)角度对冷柜内部负载的影响

4．4本章小结

第5章背部孔板开孔方式对内部流场和温度场的影响

5．1无负载结构下流场与温度场对比分析

5．2有负载结构下流场与温度场对比分析

5．3背部送风孔板开孔方式对冷柜内部负载的影响

5．4本章小结

第6章背部孔板的开孔率对内部流场和温度场的影响

6．1无负载结构下流场与温度场对比分析

6．2有负载结构下流场与温度场对比分析

6．3背部送风孔板开孔率对冷柜内部负载的影响

6．4本章小结

第7章结论与展望

7．1结论

7．2本文主要创新点

7．3展望

参考文献

在读期间发表的学术论文及研究成果

致谢