某卧式陈列柜风幕的热负荷分析

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1、某卧式陈列柜风幕的热负荷分析摘要　　风幕卷吸渗入的热负荷约占超市陈列柜热负荷的70%，本文采用雷诺应力模型（ReynoldsStressModel）对某卧式超市陈列柜的风幕进行了仿真计算和实验验证。并在CFD理论模型基础上，对温度场和湿度场进行分析，分析风幕的热负荷分布，并证明环境空气的卷吸是风幕热负荷的主要来源。　　关键词　　超市陈列柜风幕CFD热负荷分析湿度场1引言　　　　陈列冷柜已经在各类超市中已得到认可和普及，内外侧的隔热一般采用风幕。但是风幕对周围空气有较强的卷吸作用；另一方面，冬季陈列框风幕的冷泄漏又形成超市空调系统的

2、一个重要冷负荷。因此，研究陈列柜风幕系统形成的影响因素是设计节能、性能优良的陈列柜的关键，也是设计超市空调系统的依据。　　国内外对风幕的研究主要集中于温度场和速度场，如DavidStribling仿真了简化的冷柜，将他的误差主要归结于对湿度场的研究[1]。　　南加州Edison制冷实验室（SCERTTC）定量测试的典型陈列柜的冷负荷分布情况，提出陈列柜73%的能耗来自风幕的耗散[2]。　　本文采用CFD方法对立式陈列柜的风幕系统进行仿真，以期为陈列柜风幕系统设计提供设计思路。　　2CFD模型和边界条件　　　　2．1计算模型　　立式

3、陈列柜通常成排放置，其长度方向尺寸远大于高度和深度方向，故可简化为二维模型。卧式陈列柜的结构如图1所示。计算时忽略外部辐射和绝热层的传导换热。回风空气在流道内经过蒸发器，温度、湿度降低后，经过喷射口水平射出，形成卧式陈列柜的风幕。与立式陈列柜相比较，卧式陈列柜的出风速度较低，在浮升力的影响下，风幕有较大的变型。因此本文中紊流模型选用带浮升力项的雷诺应力模型（ReynoldsStressModel）。　　湿度场的采用简化的组分平衡方程：　　　　　　　　　　m1表示组分1的质量分数；J1是扩散通量；R1是反应生成率，本案例中为0。我们

4、把水蒸气在陈列柜中生成小液滴的反应，简化为水蒸汽低于当地露点温度就产生小液滴，且在固体壁面不凝结。　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　图1卧式陈列柜结构示意与实验点分布图　　2．2边界条件的处理　　1）为使求解过程稳定，所有边界均采用速度为零，绝热的第一类边界条件，外部空间为大空间，温度为27℃，绝对湿度为10g/kg。　　2）进风口按实验值设定速度、温度边界条件；回风口边界条件按进风口设定为-10Pa的压力边界条件。进风口的绝对湿度为0.2g/kg，温度为-30℃，送风速度0.6m/s。　　3）壁面函数采用Spalding

5、方法处理，该方法比较适合于Pr<1气体。　　4）为了加快收敛速度，动量方程采用QUICK算法，压力方程采用标准SIMPLE算法。　　　　2．3实验装置与误差分析　　计算所用的陈列柜原型被放在一个独立的房间内进行测试，该房间温度波动小于1℃，湿度波动小于0.2k/kg。温度的测量采用T型热电偶，速度测量采用热球风速仪，湿度的测量采用电阻型高分子湿度传感器，并用TESTO-400型测量仪进行校准。实验过程中，数据采集使用KEiTHLEY-2700数据采集仪，测试前将热电偶放在冰水混合物中进行校准。　　实验值与计算值比较如图2、3

6、、4所示。结果显示：说明本文建立的模型基本能反应其速度场与温度场的实际分布。　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　图2测试点温度比较图　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　图3测试点绝对湿度比较图　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　图4测试点速度比较图　　　　分析实验值与计算值之间存在的误差，认为主要来源于以下4点：　　（1）由于采用直接测量法，测量所采用的湿度传感器和热球风速仪对风幕有一定的干扰作用，因此存在一定误差。　　（2）

7、计算模型中仅考虑对流换热的影响，并对模型进行了简化。实际工况下，辐射传热和由风道外侧保温层进入的传导热对温度场也有一定影响。　　（3）在数值计算中，湿度场并未完全耦合。尽管在风幕上方的湿度测量结果显示有一层湿空气饱和区，形成的小液滴必定会在重力的影响下对湿度场有一定的作用，但是在CFD计算的每个网格中，仅在扩散方程中处理湿空气，所以会产生一定的误差。　　（4）另外，陈列柜外侧存在一定的乱流干扰。所以，实际情况下陈列柜风幕的隔热效果比CFD计算稍差。　　3CFD分析　　　　3．1流场分析　　CFD计算的优点在于能比较方便地改变边界条

8、件及其参数，分析各参数的影响并对其优化，减少实验试制的次数，以节约研制费用并缩短周期。从风幕的流场图（图5）可以看出风幕按其结构可分为三个不同的区域：　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　图5陈列柜流函数分布图　　　　第一个区是出口区