文摘gydF4y2Ba
全面和详细的计算流体动力学(差价合约)造型的空气流动和传热在一个开放的冷藏展示柜(ORDC)是在这项研究中执行。physical-mathematical模型考虑了流经内部管道,在球迷和蒸发器,包括食品的热响应。空气湿度效应和热表面之间的辐射传热。实验测试进行了描述身体四肢和附近的现象来验证数值预测的空气温度、相对湿度和速度。数值和实验结果比较显示优化的计算模型的预测能力的概念和发展这种类型的设备。数值预测是用来提出几何和ORDC的功能参数研究,提高热性能,因此食品安全。gydF4y2Ba
1。介绍gydF4y2Ba
如今,能源花费在食品的商业化储存在冷藏温度约50%的能源总消费的典型超市(gydF4y2Ba1gydF4y2Ba]。商业部门的能源消耗的增长是由于需求增加大量的易腐食品在城市地区,一个有效的严格的监管部门以及消费者的质量和食品安全要求。在过去的几十年里,与食品相关的投资和成本增加制冷制冷设备的安装维护易腐产品消费(完美的条件gydF4y2Ba2gydF4y2Ba]。这种趋势持续的全球商业制冷设备需求预计将每年增长5.2%到2014年。饮料设备的需求将增长最快的产品之一。在人行道冰箱和冰柜预计将发布强劲的上涨由于其广泛使用在所有主要的市场。展示柜将受益于一个不断壮大的中产阶级,这将刺激在食品和饮料零售领域收益(gydF4y2Ba3gydF4y2Ba]。很大一部分的制冷设备安装在超市,和零售商店都垂直开放冷藏展示柜(ORDCs)。这种营销解决方案导致的最大一部分电能消耗与制冷有关这些网站(gydF4y2Ba4gydF4y2Ba]。这种类型的设备配备一个循环气幕保护之间建立了气动热力学障碍空间和环境,不需要物理限制消费者。因此,可以看到产品收购和处理没有不便。gydF4y2Ba
空气幕减少外部空气的渗透在更高的干球温度和含湿量。这种变化与热空气热力学障碍的有效性mass-diffusive效应影响热雾沫。这些效应等,取决于流不稳定和边界效应。这些条件导致减少保护食品的产品质量和更大的能源消耗和成本。在关心这个话题,它必须强调,环境空气渗透负荷大约是67%到77%的ORDC冷负荷所暴露的加斯帕et al。gydF4y2Ba5gydF4y2Ba]。热环境空气的热雾沫的经验再循环空气的窗帘将存差排气格栅之间的空气分布(DAG)和穿孔后面板(PBP),因此空气幕的温度,速度,和厚度值作为描述D 'Agaro et al。gydF4y2Ba6gydF4y2Ba和灰色等。gydF4y2Ba7gydF4y2Ba]。同时,冷藏漏风的底部额开口(gydF4y2Ba冷腿效果gydF4y2Ba)增加周围的能量损失。这些事实,剩下的得热组件(gydF4y2Ba1gydF4y2Ba),导致增加热负荷,因此更高的能源消耗。ASHRAE这样[gydF4y2Ba8gydF4y2Ba)指出,降低热负荷的第一步是一个更好的节能制冷设备可能通过空气幕优化,减少了热与环境空气夹带,以及空气的温度回到蒸发器。因此,大多数在这个领域的研究,实验和数值计算的热性能ORDC关注空气幕。由于相似性,研究nonrecirculating空气窗帘是有益的。主要与传热传质研究中,考虑到冲击射流的几个角度、不同初始速度、温度和厚度,生成/抑制湍流的内部气流(gydF4y2Ba9gydF4y2Ba- - - - - -gydF4y2Ba14gydF4y2Ba]。虽然,由于空气窗帘安装在ORDC的具体特点,研究人员进行了2 - (2 d)和三维(3 d)计算流体动力学(CFD)参数的研究。Cortella et al。gydF4y2Ba15gydF4y2Ba)和Navaz et al。gydF4y2Ba16gydF4y2Ba)评估DAG速度在热性能的影响,量化空气渗透通过额。阿克赛尔和FahlengydF4y2Ba17gydF4y2Ba)开发了一种CFD-parametric研究评估的影响空气帘高度/宽度比和入口速度的热性能。Navaz et al。gydF4y2Ba18gydF4y2Ba)评估基于携入的空气量最优操作条件,考虑到飞机宽度和速度和进气涡流强度。促进et al。gydF4y2Ba19gydF4y2Ba)开发三维CFD模型分析的影响改变蒸发器线圈的大小和位置,DAG宽度和角度,将折流板插入到上管。D 'Agaro et al。gydF4y2Ba6gydF4y2Ba)进行2 d和3 d CFD-parametric研究评估的影响:纵向环境空气运动;展示柜的长度,在极端温度和空气幕效果对ORDC性能以及它如何反映。陈(gydF4y2Ba20.gydF4y2Ba]发达CFD-parametric研究评估空气幕的热障性能,调整长度/宽度比例及其卸料角的高度/深度比腔,货架的尺寸和位置。通用电气和Tassou [gydF4y2Ba21gydF4y2Ba)相关性为传热在气幕开发与实验数据在稳态条件下合理的协议。通用电气等。gydF4y2Ba22gydF4y2Ba)开发了一个ORDC模型集成CFD和冷却线圈模型。空气侧冷却线圈模型的输入是输出的CFD模型,,相反,机场空侧输出从冷却线圈模型被用来更新CFD模型的边界条件。使用验证ORDC允许等分析的集成模型的几何结构的最优设计ORDC,窗帘和线圈,进一步的替代控制策略和操作状态。然而,这种类型的模拟计算昂贵。gydF4y2Ba
其他研究工作只是实验,如研究开发的陈和元(gydF4y2Ba23gydF4y2Ba)评价环境空气温度和相对湿度的影响,室内气流,DAG速度,PBP气流,和夜晚掩护应用程序,ORDC的性能。灰色et al。gydF4y2Ba7gydF4y2Ba)也进行了一项实验研究来评估射孔PBP模式对气流分布的影响。在实验技术研究人员正在使用的热电偶温度测量,热线/电影风速测定激光多普勒风速测定,数字粒子图像测速技术显现的,测湿法、示踪气体,和红外温度记录。其他方法可以用来评估ORDC的热力性能,根据提供的热障空气幕,由热雾沫的因素(微软)计算gydF4y2Ba6gydF4y2Ba,gydF4y2Ba18gydF4y2Ba,gydF4y2Ba23gydF4y2Ba,gydF4y2Ba24gydF4y2Ba]。这个配方是通过加斯帕et al。gydF4y2Ba5gydF4y2Ba)来评估空气帘微软对不同环境条件(空气温度、相对湿度和速度,大小,和方向),以及它是如何影响到ORDC的热力性能。gydF4y2Ba
上述实验技术是可靠的和结果提供了高度的信心,但它的使用是劳动密集型和费时,涉及高成本,结果依赖于ORDC几何,DAG参数和环境空气条件。在另一方面,一个复杂的仿真模型的发展需要大量的计算资源,计算结果不值得信任,直到检查可靠性和精度与实验数据相比。虽然CFD代码在几何的重大进展,从CAD / CAE数据传输包,改善啮合工具,数值鲁棒性,和有效的物理模型为特定类型的物理现象,使他们理想的在设计阶段作为加快分析方法。然而,模仿了CFD研究作品的引用上述几个设备,使制冷系统的一部分。因此,这项研究提供了一个详细的CFD模型,结合上述作品的特点。它认为2 d的CFD模拟ORDC考虑通过内部管道的气流,在球迷、蒸发器和格栅,食品的热响应。目标是提供一个完整的CFD设计工具,这种类型的设备,允许快速和高效开发参数的研究致力于预测操作和几何修改可以提高ORDC性能。介绍一些结果来自定义边界条件和实验测试来验证数值预测,physical-mathematical和数值模型公式,CFD-modelling参数和方法的完整模拟ORDC的空气流动和传热。非等温湍流流动和温度场特征预测,和几个参数研究改善ORDC性能设计。gydF4y2Ba
2。实验测试gydF4y2Ba
2.1。实验仪器gydF4y2Ba
图gydF4y2Ba1(一)gydF4y2Ba显示打开的冷藏展示柜的中腔截面(ORDC)实验测试和数值模拟对热量和质量传递。空气是由球迷位于蒸发器的前面。空气通过蒸发器冷却温度低于保护易腐产品暴露于设备的货架。这空气是迁移后管,部分原因是排放保护空间内以较低速度通过穿孔后面板(PBP)。这空气质量流量的另一部分将提供空气幕,发展垂直之间的放电(DAG)并返回(布)空气格栅。gydF4y2Ba
(a)展示柜配置和维度gydF4y2Ba
(b)保护空间测量位置(CSML)gydF4y2Ba
(c)气幕测量位置(ACML)gydF4y2Ba
作者在这ORDC已经进行了广泛的实验模型(gydF4y2Ba5gydF4y2Ba]。它是一个独立的系统,内置冷凝单元和控制内阁结构(在内阁,占据了整个下部)。它的尺寸是1900×796×1911毫米(gydF4y2BaLgydF4y2Ba×gydF4y2BaWgydF4y2Ba×gydF4y2BaHgydF4y2Ba)。它有四个书架和一个托盘,其额开口高度,gydF4y2Ba1209毫米(见图gydF4y2Ba1(一)gydF4y2Ba)。蒸发器是安置在托盘和结合制冷剂饲料和返回线。数字温度调节和除霜是由电子恒温器,被冷却系统fan-assisted(四个球迷向前吹气通过线圈)。gydF4y2Ba
实验测试了在人工气候室Aralab Fitoclima 650000 EDTU。表中描述的测试探针gydF4y2Ba1gydF4y2Ba和放置在内阁,如图gydF4y2Ba1 (b)gydF4y2Ba(保护空间测量位置(CSMLs))和图gydF4y2Ba1 (c)gydF4y2Ba(气幕测量位置(ACMLs))被连接到一个数据采集系统Intab PC-Logger 3100。probe-positioning系统是用来评估3 d效果的热雾沫气幕和属性变化沿长度和高度的保护空间(gydF4y2Ba25gydF4y2Ba]。probe-positioning系统是解决每一个货架上的设备来测量空气温度、相对湿度和速度三个位置在气幕宽度和八个垂直截面以及设备的长度。定位系统把测试探针在240毫米1800毫米长度的增加货架,采取1分钟减少流扰动位置之间移动。同时,属性值是1分钟后到达每个位置以确保稳定流动。实验结果与这个点测量技术在气幕和保护空间坐标显示类似的行为获得的实验结果灰色et al。gydF4y2Ba7gydF4y2Ba),陈和元(gydF4y2Ba23gydF4y2Ba,埃文斯et al。gydF4y2Ba26gydF4y2Ba]。发现空气温度的平均变化为0.4 K,和空气相对湿度是4.5%不是特别重要。基于这些结果,探针在中腔分布式设备的长度。为了巩固和扩展测量数据,4003年thermoanemometer是用来测量空气的温度和速度附近DAG和抹布,在制冷装置(压缩机+电容器)和PBP几家山庄。空气压力损失用微压计测量仪器资源MP3KDS进水口和出水口附近(DAG、破布和PBP)。内部表面的温度是获得与k热电偶探头使用数字温度计侥幸51(位置n。°9)。此外,几组实验测试进行评估的影响周围的空气在空气温度,速度,和湿度在保护空间(gydF4y2Ba5gydF4y2Ba]。gydF4y2Ba
2.2。测试过程和结果gydF4y2Ba
实验测试之前定义的过程EN-ISO标准23953 (gydF4y2Ba27gydF4y2Ba测试房间气候类n。3°,认为空气温度(gydF4y2Ba= 298 K;空气相对湿度,gydF4y2Ba= 60%;气流速度大小,gydF4y2Ba= 0.2米gydF4y2Ba,方向平行于额ORDC开飞机,也就是说,gydF4y2Ba= 0°)和M-package温度类M1 (≤272.15 KgydF4y2Ba≤278.15 K)。实验测试后加斯帕等描述的过程。gydF4y2Ba5gydF4y2Ba]。表gydF4y2Ba2gydF4y2Ba包含参数的平均值测量在此期间及其统计参数:最大和最小值,标准差(gydF4y2Ba)、均值的标准误差(gydF4y2Ba)和方差(gydF4y2Ba)。注意整体保护空间内的空气温度和相对湿度值(探针位置n。°0到n。°4)考虑平均值以及设备的长度和高度。gydF4y2Ba
3所示。数学公式gydF4y2Ba
和非等温气流湍流传热过程是由一个2 d模型(中腔忽视肢体长度的影响)稳态数学模型。基本方程管理迁移现象在一个ORDC连续性、动量和能量(gydF4y2Ba28gydF4y2Ba]。应用程序的计算域,气流造型与产品造型,在后者地区对流项是被忽视的。gydF4y2Ba
空气视为理想气体。考虑到流可以通过浮力驱动的力量在特定区域的领域,应用布辛涅斯克近似。因此,密度恒定值在所有解决方程,动量方程中的浮力项除外,它是作为温度的函数的差异决定的。所以,参考密度设置gydF4y2Ba= 1.17公斤米gydF4y2Ba−3gydF4y2Ba定义的操作条件测试房间气候类n。°3 (gydF4y2Ba27gydF4y2Ba]。gydF4y2Ba
能量方程作为温度的函数在稳态恒比热。进一步简化完成忽略粘性耗散由于流动特性。gydF4y2Ba
RNG湍流是模仿gydF4y2Ba模型(gydF4y2Ba29日gydF4y2Ba因为在以前的作品[gydF4y2Ba30.gydF4y2Ba- - - - - -gydF4y2Ba33gydF4y2Ba湍流模型的能力是评估与其他模型相比(Spalart-Allmaras,gydF4y2Ba、标准gydF4y2Ba)。数值结果的比较显示的适用性gydF4y2Ba模型类型的模拟范围广泛的流动与最小系数调整也为其相对简单的配方。获得的数值预测与标准和提高gydF4y2Ba模型相似。后者模型由于其常量升值和额外的术语用于耗散率方程,改进流动模拟的精度。gydF4y2Ba
一组适用于完全湍流模型方程。占粘性效应和高梯度接近墙壁,湍流模型方程与实证结合使用墙功能。壁函数的完整描述和实现细节在湍流模型可以发现在Rodi [gydF4y2Ba34gydF4y2Ba)和槽和斯伯丁gydF4y2Ba35gydF4y2Ba]。gydF4y2Ba
周围空气相对湿度的影响被认为是利用一种运输模式。液体被认为是干球的空气和水蒸气的混合物。ORDC吸热的热辐射是冷负荷最重要的组件之一(gydF4y2Ba5gydF4y2Ba]。地对地辐射模型(基于在表面看来因素计算)是用来考虑此吸热组件。gydF4y2Ba
4所示。数值模型gydF4y2Ba
耦合的数学模型是一组非线性偏微分方程,描述质量、动量和能量守恒,可以同时和交互式地解决。方程组是解决使用pressure-based nonstructured电网有限体积方法CFD代码流利。gydF4y2Ba
4.1。几何和计算网格gydF4y2Ba
二维几何紧密遵循mid-cross-section ORDC。自动正交非结构化网格生成器(策略)是用于开发计算网格。附近的网格细化内部管道,球迷,蒸发器,DAG,破布,燕国,穿过空气帘,速度和温度梯度将更高。网格的大小是由传导传热精炼准确预测在保护产品。网格依赖测试进行了模型与不同的网格大小,也就是说,越来越多的控制量(细胞):(a) 17 939个细胞,(b) 72 350个细胞,(c) 110 029个细胞,细胞(d) 350 533。从实验结果的对比,计算网格模型(c)提供了数值结果独立于网格大小的固体和流体区域。计算域、网格和边界条件如图位置gydF4y2Ba2gydF4y2Ba。注意连接但独立网DAG附近区域被定义,破布,球迷,蒸发器和内部管道为了加快开发未来的几何参数研究的过程和/或功能的修改和分析ORDC总体性能的影响。gydF4y2Ba
4.2。偏微分方程的离散化gydF4y2Ba
计算方法是基于使用数值迭代过程gydF4y2Bapressure-implicit分裂的运营商gydF4y2Ba(文娱)算法(gydF4y2Ba36gydF4y2Ba]因为压力速度耦合。这个算法是源于gydF4y2Basemi-implicit pressure-linked方程的方法gydF4y2Ba(样品)算法(gydF4y2Ba37gydF4y2Ba),但它有更高的性能,更有效的被描述为张成泽et al。gydF4y2Ba38gydF4y2Ba]。gydF4y2Ba
方程的离散控制卷形式使用MUSCL差分方案。的gydF4y2Ba单调upstream-centered方案的守恒定律gydF4y2Ba(MUSCLs)计划提出的范媚眼(gydF4y2Ba39gydF4y2Ba),来源于gydF4y2Ba采用中心差分gydF4y2Ba(cd)和gydF4y2Ba二阶逆风gydF4y2Ba(苏)gydF4y2Ba差分方案gydF4y2Ba)作为描述Patankar [gydF4y2Ba37gydF4y2Ba]。这是一个与低数值扩散差分方案;也就是说,它显示了所有类型的计算网格空间精度高和复杂流动。在这项研究中,与实验结果的比较表明,数值计算预测MUSCL方案更现实的和精确的。模型运行在一个服务器Intel Xeon DualCore 2.33 GHz(4字节)内部缓存和16 gb的RAM。gydF4y2Ba
4.3。边界条件gydF4y2Ba
边界条件(BCs)数值模拟的惯例,为气候类定义n。°EN-ISO标准23953 (gydF4y2Ba27gydF4y2Ba),是强加在计算域。gydF4y2Ba
4.3.1。环境边界条件gydF4y2Ba
环境边界模拟公元前由一个“开放”的类型,即恒压边界允许流入和流出。压力值被认为是总压强基于速度的法向分量当流进入域和静压,当它离开域。环境空气温度应该是gydF4y2Ba= 298.15 K,水蒸气质量分数gydF4y2Ba= 60%gydF4y2Ba= 11.80克gydF4y2BavgydF4y2Ba公斤gydF4y2Ba米gydF4y2Ba−1gydF4y2Ba。被认为是辐射黑体温度gydF4y2Ba= 298.15 K的代数计算辐射认为因素所描述的温和(gydF4y2Ba40gydF4y2Ba]。黑体辐射值gydF4y2Ba假定在这个BC。gydF4y2Ba
自由流湍动能及其耗散率的值被认为在这个固定气压的自由边界条件设置在湍流强度方面,gydF4y2Ba= 10%,(最坏的情况考虑消费者的影响通过前面的设备,空调系统的操作和压力扰动的影响)和液压设备直径的额对外开放环境,gydF4y2Ba= 1.2 m,是湍流特征长度尺度。指定的参数值在固定压力BC如表所示gydF4y2Ba3gydF4y2Ba。gydF4y2Ba
距离的影响在这个自由边界的定义不一致,因为它影响了预测的解决方案。数值研究开发的ORDC Cortella et al。gydF4y2Ba15gydF4y2Ba),乔治和Buttsworth [gydF4y2Ba41gydF4y2Ba公元前)考虑这个gydF4y2Ba和gydF4y2Ba分别的设备宽度。保护好,不gydF4y2Ba9gydF4y2Ba公元前)表示,这应该是对远离兴趣区计算域,同样的距离40gydF4y2Ba,被gydF4y2Ba窗帘的宽度。加斯帕et al。gydF4y2Ba42gydF4y2Ba公元前)测试不同距离的自由来确定影响ORDC内温度和速度的数值预测。以下例测试:(1)gydF4y2BaWgydF4y2Ba;(2)gydF4y2BaWgydF4y2Ba;(3)gydF4y2BaWgydF4y2Ba;和(4)gydF4y2BaWgydF4y2Ba,被gydF4y2BaORDC的宽度。基于数值预测与实验值之间比较,计算结果的精度随距离的定义BC。因此,公元前固定压力被定义在一个距离相等gydF4y2BaWgydF4y2Ba额叶开的设备,因为它允许造型与热量和质量传递更精确地流动。gydF4y2Ba
4.3.2。壁边界条件gydF4y2Ba
(1)剪切边界条件gydF4y2Ba
壁边界条件用于流体和固体区域。在墙上一个中性BC(零速度)。gydF4y2Ba
(2)热边界条件gydF4y2Ba
热流边界条件gydF4y2Ba
公元前绝热定义墙不考虑传热计算。然而,公元前热通量是用来模拟产生的热量为日光灯照明(85%gydF4y2Ba欧司朗L58W / 20gydF4y2Ba),并通过传导热通量穿过墙壁材料层组成设备。热通量在他们是由傅里叶法使用全局传热系数取决于每个墙的热电阻导电材料。表面温度的实验值在内部和外部使用的设备。表gydF4y2Ba4gydF4y2Ba显示了热流值固定为BC。gydF4y2Ba种边界条件gydF4y2Ba
假设零梯度条件水蒸气质量分数在墙壁。gydF4y2Ba辐射边界条件gydF4y2Ba
有必要指定要使用不同的表面发射率的地对地辐射模型。恒定的内部表面的发射率是固定的设备gydF4y2Ba= 0.9和外部地面,gydF4y2Ba= 0.7。它被认为是黑体辐射,gydF4y2Ba= 1,外部外壳表面。gydF4y2Ba
4.3.3。产品负载(固体区域)gydF4y2Ba
后EN-ISO标准23953 (gydF4y2Ba27gydF4y2Ba)和ISO 15502 (gydF4y2Ba43gydF4y2Ba),产品模拟器由侵填体,热特性类似于肉。考虑ASHRAE这样给出的值(gydF4y2Ba44gydF4y2Ba),相当于固体热特性模拟食品如表所示gydF4y2Ba5gydF4y2Ba。gydF4y2Ba
4.3.4。空气压降通过PBP:多孔介质gydF4y2Ba
的详细流模拟在射孔后面板需要非常高的网格加密,因此一个巨大的计算工作。因此,PBP作为多孔介质模型来简化数值模型。PBP的厚度是1.6毫米。多孔介质是由520个网格细胞(4网格细胞厚度和130网格细胞沿高度):gydF4y2Ba= 0.4毫米gydF4y2Ba= 20毫米。模拟多孔介质的添加动量源项对应Forchheimer法律标准的流体流动方程(gydF4y2Ba45gydF4y2Ba]。源项由两个组件:一个粘性损失项(达西定律,右边第一项(gydF4y2Ba1gydF4y2Ba)),和一个惯性损失项(右边第二项(gydF4y2Ba1gydF4y2Ba)由于高流动速度(gydF4y2Ba45gydF4y2Ba和低孔直径厚度比gydF4y2Ba46gydF4y2Ba]。我们有gydF4y2Ba
在(gydF4y2Ba1gydF4y2Ba),gydF4y2Ba是通过表面流体速度的平均值的正常流动,gydF4y2Ba是介质渗透率,gydF4y2Ba是惯性阻力的因素。多孔表面的磁导率被定义为熊(gydF4y2Ba45gydF4y2Ba和唐et al。gydF4y2Ba47gydF4y2Ba),多孔介质的厚度,gydF4y2BaδgydF4y2Ba穿孔直径的类比对应,gydF4y2Ba中描述(gydF4y2Ba2gydF4y2Ba)。我们有gydF4y2Ba 在哪里gydF4y2Ba孔隙度(gydF4y2Ba无效gydF4y2Ba分数),流体在多孔区域的体积分数(即。,theopenvolu米e fraction of the medium) given by the ratio between the open volume and total volume of porous medium (see (3gydF4y2Ba))。一个发现gydF4y2Ba
定值参数gydF4y2Ba在多孔介质提供了一个修正惯性损失。这个常数可以被视为一种损失系数沿流动方向单位长度,从而允许压降被指定的函数动态头(见(gydF4y2Ba4gydF4y2Ba))。这个因素是指定为全开多孔细胞,损失系数,gydF4y2BaKgydF4y2Ba必须转化为动态的水头损失,考虑多孔区域的单位长度相同的流量(gydF4y2Ba48gydF4y2Ba,gydF4y2Ba49gydF4y2Ba]。所以我们有gydF4y2Ba 在哪里gydF4y2Ba和gydF4y2Ba分别的流体速度完全开放的多孔介质,通过多孔介质的流道。提出的损失系数是计算艾德尔'Cik [gydF4y2Ba50gydF4y2Ba]。的价值观强加在PBP如表所示gydF4y2Ba6gydF4y2Ba。gydF4y2Ba
4.3.5。空气通过DAG压降和破布:多孔介质模型简化gydF4y2Ba
空气压降实验测量在DAG和破布。方程(gydF4y2Ba5gydF4y2Ba)代表一个一维简化定义多孔介质模型的面孔,模拟这些格栅。薄的多孔介质有限厚度,gydF4y2BaδgydF4y2Ba,压力变化定义为达西定律和Forchheimer惯性损失。我们获得gydF4y2Ba
公元前的固定参数对这些基于几何特征的格栅和实验测量空气温度和相对湿度表所示gydF4y2Ba7gydF4y2Ba。gydF4y2Ba
4.3.6。传热传质在蒸发器和压降模型gydF4y2Ba
ORDC包含一个波状翅片热交换器(蒸发器)。蒸发器,它指定一个公元前换热器类型定义的传热系数和压降速度方向的功能正常的热交换器。BC指定在一个无限薄的脸,和通过热交换器的压降被认为是正比于流体的动压头。摩擦系数,gydF4y2Ba= 0.0078,通过实证计算相关性(gydF4y2Ba6gydF4y2Ba王等人提出的)。gydF4y2Ba51gydF4y2Ba]。我们有gydF4y2Ba
压降,gydF4y2Ba= 8.33 Pa,计算(gydF4y2Ba7gydF4y2Ba凯斯和伦敦(提出)gydF4y2Ba52gydF4y2Ba),收缩,gydF4y2Ba扩张,gydF4y2Ba,损失系数由McQuiston和帕克(gydF4y2Ba53gydF4y2Ba]。我们有gydF4y2Ba
公元前通过换热器传热模型类型的CFD代码需要规范的整体传热系数,gydF4y2BaUgydF4y2Ba温度、制冷剂(R404A),gydF4y2Ba在蒸发器的主要入口。制冷剂在蒸发器温度的变化(相变过程)减少gydF4y2Ba54gydF4y2Ba),因此它的价值可以被认为是常数。它假定没有过热的制冷剂,所有传热在两相区温度恒定。价值决定的整体传热系数,gydF4y2BaUgydF4y2BaW = 124.16米gydF4y2Ba−2gydF4y2BaKgydF4y2Ba−1gydF4y2Ba,被称为热交换器的下游空气温度,gydF4y2Ba。基于能量守恒方程,考虑空气的实验值属性上游和下游的换热器,换热器入口处制冷剂温度的值,gydF4y2Ba= 271.05 K,是由试验和error-iterative过程。这些参数值是位于蒸发器的热平衡测定平均实验值。gydF4y2Ba
热流从热交换器周围的流体,gydF4y2BaW = 124.31米gydF4y2Ba−2gydF4y2Ba,是由(gydF4y2Ba8gydF4y2Ba)。考虑到蒸发器的总表面积,gydF4y2Ba这个值是符合ORDC的冷负荷由加斯帕et al。gydF4y2Ba5gydF4y2Ba]。我们有gydF4y2Ba
然而,由于公元前蒸发器模型作为一个无限薄,有必要获得等效热通量基于表面积比由(gydF4y2Ba9gydF4y2Ba)。我们获得gydF4y2Ba
确定等价的整体传热系数,gydF4y2BaW = 910.42米gydF4y2Ba−2gydF4y2BaKgydF4y2Ba−1gydF4y2Ba,被认为是类似于对流换热系数。这种简化柯尔伯恩的评估是基于经验公式系数和摩擦系数与波纹翅换热器。gydF4y2Ba
公元前通过热交换器传质模型规范的类型由水蒸气质量分数的狄利克雷BC,考虑到空气除湿过程。通过心理分析,指定的水蒸气质量分数在蒸发器出口gydF4y2Ba= 3.3722克gydF4y2BavgydF4y2Ba 。gydF4y2Ba
4.3.7。风扇边界条件模拟整个风机压力上升gydF4y2Ba
不连续的压力上升在球迷(无限瘦脸)被指定为气流速度的函数。头之间的关系治理的经验特性曲线(升压)和流量(速度)风扇元素(获得制造商:循证医学Papst系列4500)转换为四阶多项式关系(gydF4y2Ba10gydF4y2Ba),并指定为BC。我们获得gydF4y2Ba
4.4。监测和控制技术的解决方案gydF4y2Ba
线性松弛法是用来减少高变异的因变量的迭代过程中计算。线性松弛值的范围从0.3的压力0.8的动力。收敛监测是由和绝对平均场变量的残差分析。迭代过程持续到规定绝对残差的收敛准则gydF4y2Ba是满足。gydF4y2Ba
5。结果与讨论gydF4y2Ba
空气流动的CFD模拟和热模式内部的保护空间垂直ORDC操作温度变化从273.15 K到278.15 K。这种类型的设备设计仍然需要研究的重大影响额环境开放的热量和质量传递。gydF4y2Ba
数值模拟允许评估空气温度,相对湿度,速度分布在设备技术进化为了提出可能的路径。只最重要的结果关于流动特性和热行为进行了讨论。数值预测解决方案需要大约4 h 30 m执行000次迭代清洁工。gydF4y2Ba
5.1。与实验数据进行比较gydF4y2Ba
验证数值预测的2 d ORDC模型是通过与实验测量的比较数据。gydF4y2Ba
数据gydF4y2Ba3gydF4y2Ba,gydF4y2Ba4gydF4y2Ba,gydF4y2Ba5gydF4y2Ba显示比较资料,对不同的飞机,实验的平均值的空气温度、相对湿度和速度。内的预测稳态空气流动和传热ORDC都存在一个合理的量化协议。由实验平均点gydF4y2Ba○gydF4y2Ba■代表,和数值预测点。验证点设置验证(90分),最小绝对偏差从实验措施,空气温度,相对湿度,和速度分别为:gydF4y2Ba(gydF4y2BaygydF4y2Ba/gydF4y2BaWgydF4y2Ba= 0.34,gydF4y2BazgydF4y2Ba/gydF4y2BaHgydF4y2Ba= 0.39)= 0.08 K(在第三架高度保护带),gydF4y2Ba(gydF4y2BaygydF4y2Ba/gydF4y2BaWgydF4y2Ba= 0.52,gydF4y2BazgydF4y2Ba/gydF4y2BaHgydF4y2Ba= 0.88)= 0.26%(保护在4日货架高度)gydF4y2Ba(gydF4y2BaygydF4y2Ba/gydF4y2BaWgydF4y2Ba= 0.52,gydF4y2BazgydF4y2Ba/gydF4y2BaHgydF4y2Ba= 0.88)= 0.002年代gydF4y2Ba−1gydF4y2Ba(破布附近)。最高的定量差异被发现空气帘外限制外部环境方面(gydF4y2BaygydF4y2Ba/gydF4y2BaWgydF4y2Ba 1),因此没有相关的研究意义。gydF4y2Ba
图gydF4y2Ba6gydF4y2Ba显示了数值预测产品的比较核心的平均气温与吉尔等获得的实验数据。gydF4y2Ba55gydF4y2Ba)(十个零售商店进行测试),促进et al。gydF4y2Ba19gydF4y2Ba)(最小和最大区别包温度大约是8 K),埃文斯et al。gydF4y2Ba26gydF4y2Ba)(单平均气温值为所有M-packages通过其标准偏差),灰色等。gydF4y2Ba7gydF4y2Ba)(ORDC斜书架),陆et al。gydF4y2Ba56gydF4y2Ba](蒸发器后面的内阁中,拥有两个空气窗帘)。核心产品温度的预测与其他研究的结果相比,因为统一的初始值为所有产品核心温度没有保证。产品核心温度的范围由上述研究获得的结果。gydF4y2Ba
考虑范围内的空气温度、相对湿度和速度变化量在实验测试中,实验数据和数值预测之间的偏差是接受这种类型的工程应用。实验和数值结果之间的不重叠的是由于实验误差(测量精度,物理现象扰动等),physical-mathematical模型假设(二维、稳态湍流模型,PBP蒸发器配方,公元前开放边界定义,等等),数值模型(MUSCL计划的目的是减少一阶的高阶项消除不稳定。然而,它的使用对于不可压缩流可以湿物理解决方案在一些扩展,提供非物质预测尤其是附近的混合层和不稳定发生),即在空中,窗帘(这种现象也观察到D 'Agaro et al。gydF4y2Ba6gydF4y2Ba)和哈蒙德et al。gydF4y2Ba57gydF4y2Ba])。然而,合并后的实验数据和数值预测分析表明,该计算模型遵循物理现象发生在真实的设备。gydF4y2Ba
5.2。数值结果的分析和讨论gydF4y2Ba
空气流动和传热的数值预测ORDC模型受到气候类n。°EN-ISO标准23953 (gydF4y2Ba27gydF4y2Ba]分析了在这一节中。这种分析将允许数值参数研究,以改善全球的发展这种类型的设备的性能。gydF4y2Ba
5.2.1。速度场的预测gydF4y2Ba
数值预测的空气速度场图所示gydF4y2Ba7gydF4y2Ba。它可以观察到空气流动的主要特征,低货架之间的气流速度与高速度在管道和DAG退出。冷藏空气幕和环境之间的热混合检测到空气幕厚度的增加,因为它走向破布。gydF4y2Ba
大量泄漏的冷藏空气环境中可以观察到的破布附近由于质量流率的增加空气帘夹带的结果。也与气幕势头减弱,被附近的空气速度相比非常小的狗。这些效应转换成能量损失。gydF4y2Ba
在本地流动细节进行了分析。图gydF4y2Ba8gydF4y2Ba显示速度矢量预测DAG附近和破布。几个旋涡,促进热混合预计在DAG附近如图gydF4y2Ba8(一个)gydF4y2Ba。参数研究风机速度和DAG角影响热力性能研究可以提供有价值的信息来改进ORDC的设计。gydF4y2Ba
| (一)gydF4y2BaDAG地区,gydF4y2Ba(m sgydF4y2Ba−1gydF4y2Ba)gydF4y2Ba |
| (b)gydF4y2Ba破布地区,gydF4y2Ba(m sgydF4y2Ba−1gydF4y2Ba)gydF4y2Ba |
一些食品预计周围再循环,以及“塞流”从PBP携带热量对气幕。其他参数的研究,可以提供一个了解这个条件有关PBP孔直径及其分布,均匀与否,在面板。gydF4y2Ba
速度矢量场附近的破布如图gydF4y2Ba8 (b)gydF4y2Ba。泄漏到外部环境和涡流形成预计在这个位置。这些条件可以进一步分析在一个不同的值的参数研究的风扇速度和破布角进行测试。更高的空气速度后管道内,通过PBP较小的,最低的保护空间内空气速度预测。管曲线漩涡也预测,因此降低气流速度在DAG。因此,参数研究可以开发分析管道内的空气混入指南或导向板改善气流通过减少摩擦。再循环区域预计由于低速空气相互作用在保护区域和高速度的空气幕。这种再循环减少空气帘势头,减少其性能环境空气的气动热力学障碍。gydF4y2Ba
5.2.2。温度场的预测gydF4y2Ba
温度分布的均匀程度的冷藏展示空间如图gydF4y2Ba9gydF4y2Ba。温度梯度上升沿ORDC宽度和高度的预测,表明热雾沫。辐射传热的影响主要是表面的“观看”的外部环境。空气温度的最大值是预测的托盘。产品的内部温度不恒定时,随着产品位于货架前更容易受到热雾沫通过空气幕和热辐射。这些结果一致Cortella[获得的数值预测gydF4y2Ba58gydF4y2Ba)和吉尔等获得的实验结果。gydF4y2Ba55gydF4y2Ba),促进et al。gydF4y2Ba19gydF4y2Ba,埃文斯et al。gydF4y2Ba26gydF4y2Ba]。gydF4y2Ba
(一)计算域gydF4y2Ba
(b)产品保护区域(减少规模)gydF4y2Ba
5.2.3。相对湿度场的预测gydF4y2Ba
空气相对湿度的计算结果是一致的与心理分析,也就是说,空气相对湿度随空气温度增加而减小。空气幕和环境之间的界面区域,相对湿度增加由于涡流热相互作用促进了发展。gydF4y2Ba
5.2.4。质量流量和传热率在气幕的预测gydF4y2Ba
一个地区,几乎包含空气帘边界被认为是如图gydF4y2Ba10gydF4y2Ba。这些边界附上五控制卷(VC)。质量流量的计算结果(gydF4y2Ba11gydF4y2Ba)和热传递(gydF4y2Ba12gydF4y2Ba单位长度)利率为每一个决定。一个人gydF4y2Ba
数据gydF4y2Ba11gydF4y2Ba和gydF4y2Ba12gydF4y2Ba显示值质量流动和传热速率和方向单位长度空气帘。这些结果表明,气幕获得热能从环境和保护地区。后者与热辐射,照明,并通过设备壁热传导。gydF4y2Ba
(一)西方面孔(w)gydF4y2Ba
(b)东方面孔(e)gydF4y2Ba
(一)西方面孔(w)gydF4y2Ba
(b)东方面孔(e)gydF4y2Ba
质量流和传热率的预测表明,循环气幕获得能量从外部和内部边界,gydF4y2BaW mgydF4y2Ba−1gydF4y2Ba。它获得能量从更高的高度(东方的面孔VC环境n。°1,2,3,4)和损失能量附近抹布(东面对VC n。°5)在外部边界。同时,它就失去了能量守恒空间(西方面孔的VC n。°1,2,3)和收益较低的高度(西方面孔的VC n。°4和5)。这些预测表明,气幕是一个动态的系统,得到和失去能量,根据气流速度、气流,空气质量比放电格栅和穿孔后面板之间,以及其他因素。一个提供完整的气幕保护ORDC不可行的条件。然而,CFD的分析预测,如所提供的在本文描述的CFD模型,可以帮助改善气动热力学堵塞功效。gydF4y2Ba
6。结论gydF4y2Ba
ORDC的CFD模型,包括管道、格栅,穿孔后面板、蒸发器,和球迷,已经开发了模拟空气流体流动和传热。CFD模型的目的是覆盖的模拟空气幕和气流在管道内部,不常见的方式使用CFD在这种类型的应用程序。的主要目的在于发展一个详细的CFD模型,允许一个加速模拟改进设计旨在提高ORDC的热性能和降低能源消耗。gydF4y2Ba
空气流动和传热的特性允许识别参数,可以调整,因此减少热夹带的影响和改善全球ORDC的性能。这种类型的设备的主要热负荷环境空气的渗透。参数的确定,影响整体空气帘效果,同样的质量流量和传热率,可以提供有价值的信息来提高性能。逐步向下热夹带到空气幕是非常依赖于开发触发混合的漩涡。动量减少减少空气幕的稳定性。这个条件促进ORDC内非均匀温度分布和温度影响产品内部的差异。同时,冷空气的预测溢出破布和温度附近环境价值在这个位置影响设备的能效。gydF4y2Ba
数值预测和实验结果之间的协议是非常好和足够的这些类型的工程问题尽管作者认识到这个模型可以提高执行临时政权模拟,考虑三维效果的可能性将提供额外的成就。然而,这个CFD模型适用于调查的修改数量的影响影响设备的整体性能,即目标热夹带率的降低和维护稳定的气幕势头,直到达到破布。gydF4y2Ba
基于数值预测分析,可以开发一些参数的研究来评估一些参数的影响在热雾沫和内部温度分布均匀性产品保护区域,当这些因素与食品安全和能源消费直接相关。由数值预测分析,这些参数包括风扇速度;后面板射孔孔直径及其分布;DAG和破布角;指南和导向板内导管等等。在未来,上述参数的参数化研究在此基础上详细的CFD模型将开发,目的是分析设计修改,提高开放展示柜的整体性能。gydF4y2Ba
命名法gydF4y2Ba
| :gydF4y2Ba | 区域,(mgydF4y2Ba2gydF4y2Ba)gydF4y2Ba |
| :gydF4y2Ba | 总表面积,(mgydF4y2Ba2gydF4y2Ba)gydF4y2Ba |
| :gydF4y2Ba | 外部管表面积,(mgydF4y2Ba2gydF4y2Ba)gydF4y2Ba |
| :gydF4y2Ba | 气幕宽度(米)gydF4y2Ba |
| :gydF4y2Ba | 惯性阻力系数(mgydF4y2Ba−1gydF4y2Ba)gydF4y2Ba |
| :gydF4y2Ba | 比热(J公斤gydF4y2Ba−1gydF4y2BaKgydF4y2Ba−1gydF4y2Ba)gydF4y2Ba |
| :gydF4y2Ba | 鳍圈外径(米)gydF4y2Ba |
| :gydF4y2Ba | 水力直径(米)gydF4y2Ba |
| :gydF4y2Ba | 能源(J)gydF4y2Ba |
| :gydF4y2Ba | 力,(N)gydF4y2Ba |
| :gydF4y2Ba | 摩擦系数gydF4y2Ba |
| :gydF4y2Ba | 翅片间距(米)gydF4y2Ba |
| :gydF4y2Ba | 翅片间距,(m)gydF4y2Ba |
| :gydF4y2Ba | 重力加速度,(m sgydF4y2Ba−2gydF4y2Ba)gydF4y2Ba |
| :gydF4y2Ba | 基于最小流量的质量流量的空气区域,(公斤gydF4y2Ba−1gydF4y2Ba米gydF4y2Ba−1gydF4y2Ba)gydF4y2Ba |
| :gydF4y2Ba | 高度(米)gydF4y2Ba |
| :gydF4y2Ba | 湍流强度(%)gydF4y2Ba |
| :gydF4y2Ba | 损失系数gydF4y2Ba |
| :gydF4y2Ba | 湍流动能(mgydF4y2Ba2gydF4y2Ba年代gydF4y2Ba−2gydF4y2Ba);渗透率、(mgydF4y2Ba2gydF4y2Ba);导热系数(W mgydF4y2Ba−1gydF4y2BaKgydF4y2Ba−1gydF4y2Ba)gydF4y2Ba |
| :gydF4y2Ba | 粘滞阻力系数(mgydF4y2Ba−2gydF4y2Ba)gydF4y2Ba |
| :gydF4y2Ba | 长度(米)gydF4y2Ba |
| :gydF4y2Ba | 质量流率(公斤gydF4y2Ba−1gydF4y2Ba)gydF4y2Ba |
| :gydF4y2Ba | 纵向管排数gydF4y2Ba |
| :gydF4y2Ba | 压力,(Pa)gydF4y2Ba |
| :gydF4y2Ba | 华夫格的高度(米)gydF4y2Ba |
| :gydF4y2Ba | 纵向管间距,(m)gydF4y2Ba |
| :gydF4y2Ba | 横管间距(米)gydF4y2Ba |
| :gydF4y2Ba | 热通量(W mgydF4y2Ba−2gydF4y2Ba)gydF4y2Ba |
| :gydF4y2Ba | 传热速率(W)gydF4y2Ba |
| :gydF4y2Ba | 半径(米)gydF4y2Ba |
| 再保险:gydF4y2Ba | 雷诺数gydF4y2Ba |
| :gydF4y2Ba | 一般的源项gydF4y2Ba |
| :gydF4y2Ba | 均值的标准误差gydF4y2Ba |
| :gydF4y2Ba | 温度,(K)gydF4y2Ba |
| :gydF4y2Ba | 全球传热系数(W mgydF4y2Ba−2gydF4y2BaKgydF4y2Ba−1gydF4y2Ba)gydF4y2Ba |
| :gydF4y2Ba | 平均速度,(m sgydF4y2Ba−1gydF4y2Ba)gydF4y2Ba |
| :gydF4y2Ba | 宽度(米)gydF4y2Ba |
| :gydF4y2Ba | 空间坐标(沿长度、宽度和高度),(m)gydF4y2Ba |
| :gydF4y2Ba | 预计鳍模式长度一半波浪长度(米)gydF4y2Ba |
| :gydF4y2Ba | 水蒸气质量分数(公斤gydF4y2BavgydF4y2Ba公斤gydF4y2Ba米gydF4y2Ba−1gydF4y2Ba)。gydF4y2Ba |
| 0:gydF4y2Ba | 总面gydF4y2Ba |
| :gydF4y2Ba | 空气gydF4y2Ba |
| amb:gydF4y2Ba | 环境gydF4y2Ba |
| bb:gydF4y2Ba | 黑体gydF4y2Ba |
| :gydF4y2Ba | 空气幕;收缩;横截面;鳍领gydF4y2Ba |
| 梳理:gydF4y2Ba | 蜂巢gydF4y2Ba |
| 缺点:gydF4y2Ba | 保护gydF4y2Ba |
| :gydF4y2Ba | 扩张gydF4y2Ba |
| 情商:gydF4y2Ba | 等效gydF4y2Ba |
| evap:gydF4y2Ba | 蒸发器gydF4y2Ba |
| w e, n, s:gydF4y2Ba | 控制卷面孔识别(东、西、北,和南)gydF4y2Ba |
| :gydF4y2Ba | 鳍gydF4y2Ba |
| :gydF4y2Ba | 液压gydF4y2Ba |
| :gydF4y2Ba | 笛卡儿的方向根据gydF4y2Ba,gydF4y2Ba,gydF4y2Ba |
| :gydF4y2Ba | 输入;上游gydF4y2Ba |
| m:gydF4y2Ba | 混合物gydF4y2Ba |
| :gydF4y2Ba | 输出;下游gydF4y2Ba |
| 裁判:gydF4y2Ba | 参考gydF4y2Ba |
| 上班:gydF4y2Ba | 制冷剂液体gydF4y2Ba |
| 吃晚饭:gydF4y2Ba | 表面gydF4y2Ba |
| :gydF4y2Ba | 总;动荡不安的gydF4y2Ba |
| :gydF4y2Ba | 水蒸气;空白。gydF4y2Ba |
| :gydF4y2Ba | 密度,(公斤米gydF4y2Ba−3gydF4y2Ba)gydF4y2Ba |
| :gydF4y2Ba | 湍流动能耗散率(mgydF4y2Ba2gydF4y2Ba年代gydF4y2Ba−3gydF4y2Ba);发射率;孔隙度gydF4y2Ba |
| :gydF4y2Ba | 相对湿度(%);一般的因变量gydF4y2Ba |
| :gydF4y2Ba | 动态粘度,(公斤米gydF4y2Ba−1gydF4y2Ba年代gydF4y2Ba−1gydF4y2Ba)gydF4y2Ba |
| :gydF4y2Ba | 标准偏差;比例最小流量区域的额区gydF4y2Ba |
| :gydF4y2Ba | 方差gydF4y2Ba |
| 绝对湿度(公斤gydF4y2BavgydF4y2Ba公斤gydF4y2Ba一个gydF4y2Ba−1gydF4y2Ba)gydF4y2Ba | |
| 厚度、(m)gydF4y2Ba | |
| 收敛性判据。gydF4y2Ba |
| ACML:gydF4y2Ba | 气幕测量位置gydF4y2Ba |
| 公元前:gydF4y2Ba | 边界条件gydF4y2Ba |
| 计算机辅助设计:gydF4y2Ba | 计算机辅助设计gydF4y2Ba |
| CAE:gydF4y2Ba | 计算机辅助工程gydF4y2Ba |
| CSML:gydF4y2Ba | 保护空间测量位置gydF4y2Ba |
| DAG:gydF4y2Ba | 空气放电格栅gydF4y2Ba |
| ORDC:gydF4y2Ba | 开放的冷藏展示柜gydF4y2Ba |
| PBP:gydF4y2Ba | 穿孔后面板gydF4y2Ba |
| 破布:gydF4y2Ba | 回风格栅gydF4y2Ba |
| 风险投资:gydF4y2Ba | 音量控制gydF4y2Ba |
| 微软:gydF4y2Ba | 热雾沫的因素。gydF4y2Ba |
确认gydF4y2Ba
作者要感谢大学的支持贝拉Interior-Engineering Faculty-Electromechanical工程部、Covilha、葡萄牙(gydF4y2Bahttp://www.ubi.pt/gydF4y2Ba)和JORDAO冷却系统,葡萄牙吉马良斯(gydF4y2Bahttp://www.jordao.com/gydF4y2Ba)。作者没有任何的利益冲突与手稿的内容。gydF4y2Ba