冷库空气幕流场的非稳态数值模拟及验证

为了真实地研究冷库空气幕开启后冷库气流场和温度场的变化规律,该文建立了冷库三维模型,利用CFD模拟软件对试验冷库空气幕的流场进行了非稳态模拟,预测库门和空气幕开启60 s内冷库温度场和气流场的变化,并对温度场模拟结果进行了试验验证。模拟结果得出库门和空气幕开启后,空气幕射流的中心主流速度衰减慢,而两侧气流的速度衰减快,库外热空气从入口两侧和底部侵入库内;冷库内靠近冷风机一侧底部的温度上升较快;侵入的热空气改变了冷气流的流动轨迹,冷热空气存在压力差导致冷库中心处形成多个涡旋,从而破坏了库内均匀的气流组织。在今后的研究中可以通过数值模拟优化冷库空气幕的送风速度、喷口宽度等参数,从而提高冷库空气幕的隔离性能,维持库内控温要求。     

纤维风管喷射渗透比对冷藏库内流场特性的影响

纤维风管因具有均匀送风的特点而适用于冷库中,为了明确其开孔形成的喷射送风和风管表面渗透送风的占比对于库内贮藏环境的影响,该研究以西安某实际苹果冷藏库为研究对象,采用数值模拟的方法研究了纤维风管喷射渗透比为仅喷射送风、3∶1、1∶1、1∶2和仅渗透送风这5种工况下冷藏库内速度场和温度场,以确定贮藏环境适宜的喷射渗透比。结果表明:在冷风机制冷量一定的前提下,随着喷射渗透比值降低(即喷射送风量减少),冷藏库内空气区平均速度近似线性降低且速度均匀性逐渐升高,相对于纯喷射工况而言,喷射与渗透相结合的送风方式可以更好地满足冷藏库风速要求;随着喷射渗透比值降低,冷藏库内货物区平均温度先降后升且温度均匀性逐渐降低,说明喷射为主渗透为辅的送风方式更能满足贮藏环境温度的要求。研究表明喷射渗透比为3∶1时库内平均速度低于0.5 m/s,货物平均温度为(0±0.5)℃,苹果贮藏环境适宜。研究结果为果蔬冷藏库纤维风管的设计及选型提供理论参考。     

果蔬冷库进货期间货物温度稳定性的影响因素

温度是果蔬贮藏环境最重要的参数。为了研究果蔬进库过程中影响货物温度稳定性的因素,该文以西安某苹果冷藏库为研究对象,建立冷库环境三维非稳态数值求解模型,模拟了进货过程中新进货物摆放间距、进货温度和进货量对达到贮藏条件货物温度稳定性的影响。模拟结果表明,在实际运行管理中,存在适宜的进货温度和进货量,可使苹果贮藏环境受进货过程影响最小,进货效率最高;增大进货间距可以减小对货物温度场的影响,进货摆放间距并不是越大越好。该文研究的冷库,进货过程中货物应先预冷到3℃再进库,进货摆放间距为0.5 m,进货量不大于10%。     

基于CFD数值模拟的冷藏车节能组合方式比较

精确掌握温度控制是实现高质量食品冷链运输的关键,节能减排降低运输成本也是供应商所追求的目标。该文以短距离冷藏运输车为研究对象,以土豆为货物区试验材料,建立了求解冷藏车车厢温度场分布计算模型。模拟过程采用2种不同的风机制冷温度（0和3℃）,依据制冷机组功率和货物最佳冷藏温度,确定运输过程中打开和关闭制冷风机最佳间隔时间。模型以冷气出风口风速、冷气温度、车厢以及货物的初始温度、货物的物性参数为边界条件,采用计算流体力学（CFD）非稳态SST κ-ω计算模型,模拟开启风机和关闭风机不同阶段车厢内温度场的分布情况。结果表明在组合方式为制冷温度3℃,制冷时间和关闭制冷风机阶段都为10 min时比制冷温度为0,制冷时间15 min和关闭制冷风机为20 min时要节约3.6×105 J能耗。该研究为合理选择制冷风机温度和冷却时间最佳组合方式,以及实现节能减排降低运输成本提供了依据。     

冷板冷藏汽车箱体内温度场的数值模拟及试验

冷板冷藏汽车内空气的温度分布对其储运能力有很大影响,均匀的温度场使得货物在运输过程中品质得到有效保证。该文采用数值模拟方法,计算空载车箱内部温度场,并分析不同堆码方式对货物区温度场及流场的影响。通过对不同情况下冷板冷藏汽车箱体内的温度场特性进行数值模拟研究,得出了车箱内温度分布规律及其影响因素,可为其结构的优化改造及运输货物堆放方式合理性的验证提供理论依据。模拟研究发现车箱顶部温度相对较高,在该模型中货物区最高温差达到18℃左右,不利于货物贮运,建议顶部安装适量冷板并寻找合适的送风方式加强冷空气与货物的对流换热,以改善冷板冷藏汽车冷却速度慢的缺点。验证试验实测温度与模拟温度的偏差在1.7℃左右,两者偏差不大,说明所建立的模型适用于冷板冷藏车箱体内温度场的模拟。     

竖壁贴附送风改善冷藏库内流场特性

果蔬贮藏期间,冷藏库内的气流分布是影响果蔬贮藏品质和送风能量利用率的关键因素,合理的气流组织对冷藏库内流场分布是至关重要的。该研究以某苹果冷藏库为研究对象,采用竖壁贴附送风方式,并对其流场建立了三维稳态的SST湍流模型来研究库内流场的分布特性以及货物的冷却效果,同时与传统的冷风机直吹送风的流场特性进行了对比。结果表明：在相同送风量下,相比冷风机直吹送风方式,竖壁贴附送风使得库内温度不均匀系数和速度不均匀系数分别降低了31%和47%。而且竖壁贴附送风使库内空气与货物的换热更加充分,进而使得送风的能量利用率提高了19%。因此,竖壁贴附送风方式应用于冷藏库是一种有效且节能的气流组织方式。     

竖壁贴附送风改善冷藏库内流场特性

果蔬贮藏期间,冷藏库内的气流分布是影响果蔬贮藏品质和送风能量利用率的关键因素,合理的气流组织对冷藏库内流场分布是至关重要的。该研究以某苹果冷藏库为研究对象,采用竖壁贴附送风方式,并对其流场建立了三维稳态的SST k?ω湍流模型来研究库内流场的分布特性以及货物的冷却效果,同时与传统的冷风机直吹送风的流场特性进行了对比。结果表明:在相同送风量下,相比冷风机直吹送风方式,竖壁贴附送风使得库内温度不均匀系数和速度不均匀系数分别降低了31%和47%。而且竖壁贴附送风使库内空气与货物的换热更加充分,进而使得送风的能量利用率提高了19%。因此,竖壁贴附送风方式应用于冷藏库是一种有效且节能的气流组织方式。     

装设均匀送风管道对冷藏库气流流场特性的改善

果蔬冷藏环境对库内温湿度及速度场的均匀性有较高要求,采用冷风机加均匀送风管道的形式可以更好地满足果蔬贮藏的条件。该文针对某200 t苹果冷藏库,研究了库内装设与不装设均匀送风管道时库内的温度场、速度场及相对湿度场的分布情况。文中建立了冷风机(加均匀送风管道)-货物-库内空气环境的气体流动、传热与传质的三维耦合数学求解模型。在冷风机送风速度为5.24 m/s,送风温度为271.15 K,送风相对湿度为90%的条件下,数值模拟研究了冷藏库内速度场、温度场及相对湿度场,并通过计算不均匀系数及空气分布特性指标(air diffusion performance index,ADPI)对流场特性进行了评价。结果显示,当库内装设均匀送风管道时货物区速度不均匀系数比不设送风管道时降低22.65%,温度不均匀系数降低20%,相对湿度不均匀系数降低22.73%,空气分布特性指标增大11.13%。因此,装设均匀送风管道时库内速度场、温度场及相对湿度场均更加均匀。     

三维CFD模型预测热压作用下冷库门的冷风渗透率

以一个实际冷库为研究对象,研究在热压作用下冷库大门的冷风渗透速率.分别利用理论分析方法和几种经验公式对穿过冷库大门的冷风渗透率进行了计算分析.同时,通过建立在热压作用下的冷库内外气流流动的三维CFD数值模型,数值分析了在一定冷风机吹风速度时,冷库内和大门处的温度和速度场,以及穿过冷库大门的冷风渗透率.通过比较不同经验公式的计算值和CFD预测结果,表明利用Gosney,Fritzsche和Tamm修正公式与CFD技术所得结果偏差约为5%.     

基于CFD的下沉式日光温室保温性能分析

为了深入了解下沉式日光温室的保温性能,该文基于非稳态传热模型,采用计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)软件模拟盖帘状态下下沉式日光温室的温度场,并采用试验对CFD模拟温室内的温度场进行验证,验证结果表明,CFD对下沉式日光温室盖帘状态下温度场的模拟具有较高的可信度.为了提高下沉式日光温室的保温效率,使用CFD软件对不同盖帘时间的下沉式日光温室的温度场进行模拟,并分析其对热能分布的影响.结果表明,不同盖帘时刻对下沉式日光温室夜间温度的影响差异显著;在午后弱光、室内外温差较大条件下,提前盖帘可以显著提高日光温室内夜间温度.该研究为CFD在下沉式日光温室研究中的应用及下沉式日光温室盖帘管理提供参考.     

不同进风方案下隧道烘干窑热风流场CFD模拟和优化

隧道烘干窑内同一横截面的热风均匀性影响着物料干燥均匀性和产品质量,而烘干窑入口风速分布直接影响着窑内热风流场的均匀分布。为了解决单一风机直进风隧道烘干窑存在的风速不均匀问题,提出了多种进风结构设想,并利用计算流体力学方法对实际生产的隧道窑进风流场进行数值模拟,研究3种不同的进风方案(4风机、6风机和9风机)对隧道窑内热风流场均匀性的影响。模拟结果表明:6风机方案下隧道窑入口处进风均匀,热风扩散距离短,窑内热风流场整体均匀性较佳,综合性价比最高。研究结果为隧道窑入口进风的设计提供参考。     

液力偶合器气液两相流动的数值模拟与粒子图像测速

为了更加真实地反映偶合器内部的气液两相流动机理,该文应用计算流体力学（computational fluid dynamics,CFD）对其内部流动的速度和压力等流场特征进行数值模拟,并应用粒子图像测速（particle image velocimetry,PIV）技术对其流场进行了测试,试验结果表明：泵轮内的气泡小而均匀,速度分布较规律,由内环向外环递增;涡轮内气泡较多,并出现了涡流、回流、二次流等不规则流动现象。PIV测试的流场流动趋势与数值模拟的流场流动趋势基本一致。CFD数值模拟方法和PIV技术为揭示液力偶合器内部流场的复杂流动提供有效的解决途径。     

利用CFD模型研究日光温室内的空气流动

在温室内空气流动对室内环境具有重要调节作用,因此有必要研究日光温室内空气流动特性。基于计算流体动力学CFD(computational fluid dynamics)方法,运用大型计算流体动力学软件Fluent对日光温室建立模型,采用标准湍流模型对日光温室内气流分布进行了三维稳态求解。模拟时将日光温室内外空气作为研究对象,并且温室内空间连同其周围的一部分室外空间一起作为CFD模拟的计算领域。对日光温室内气流变化及分布进行了数值模拟,并在温室内进行了气流试验测试,对测量值和计算所得的风速值进行了比较,结果表明,二者最大误差小于9%,说明风速的实测值和模拟值吻合良好,CFD模型有效,且得到了日光温室内部流场速度分布。通过气流流场模拟结果分析表明,直观显示了日光温内的流场特性和流动状态,气流从窗户进入沿着底部通风口流出日光温室,并且气流在底部通风口速度分布较均匀,在温室下部形成了较为明显的涡流。该文模拟结果可为东北地区日光温室的优化设计以及温室环境调节等方面提供理论依据。     

干燥窑结构改进对风速流场均匀性的影响

针对顶风机型木材干燥窑内部风速流场分布不均匀问题,基于发明问题解决算法（Algorithm for Inventive-Problem Solving,ARIZ）对干燥窑从优化窑体结构、调整锯材间隙、改善导流方式3个方向进行分组改进设计,每组包含4个方案,共得到了12个几何方案模型;采用计算流体力学（Computational Fluid Dynamics,CFD）仿真对比分析不同模型的风速流场,利用逐项耦合迭代法确定了调整锯材间隙和增设导流板两个改进方向能够解决窑体内部风速流场分布不均匀问题;采用风速流场分布云图、检测点风速差值、平均速度、速度不均匀系数4项评价指标,对84个监测点风速数据进行数值计算和对比分析后迭代出将窑体结构的四角优化为曲面化设计,调整锯材间隙为上宽下窄的非等距形式,并在预留气道中增加三块平面导流板来改善导流方式的综合性改进设计方案为较优方案。该方案的风速差值为-0.058m/s更趋近于0,平均速度提升了15.60%,速度不均系数降低了72.70%;结果表明,采用ARIZ对干燥窑结构进行迭代改进设计的方法可有效解决窑体内部风速流场分布不均匀问题。     

吹扫式仿生嗅觉检测腔结构设计及流场性能模拟与试验

为了优选吹扫式仿生嗅觉检测腔流场结构,提高腔内流体速度分布均匀稳定性,以气体运动微分方程为基础,利用计算流体力学软件Fluent对检测腔内部流场进行了三维数值模拟,得到了设计工况条件下的气体流动特性,提出并分析比较了3种检测腔模型,同时将最优模型的模拟值与试验数据进行了对比分析。计算结果表明,检测腔结构影响腔内气体流速分布,多管道式检测腔在沿管道轴向0.035~0.049 m,气流速度变化存在平滑区,且稳定在0.018~0.268 m/s,能够满足检测工作条件,而线性排列式不存在平滑区,平行排列式平滑区速度范围仅为0.001~0.018 m/s;多管道式检测腔在流速均匀稳定性方面存在优势,气流速度最大偏差比和不均匀系数分别为0.830 6和0.292 0;同时,在数值模拟腔内气体置换时间中,3种检测腔经历时间分别为223.4、302.0和213.8 s,多管道式结构的时间数值最小说明气流响应快,工作效率高。多管道式结构模型能有效改善传感器数值检测的一致性,模型试验中传感器灵敏度检测数值标准差范围为0.153 5~0.428 3,变异系数分布在0.030 5~0.082 7。该研究可为仿生嗅觉检测腔结构的流场均匀性设计提供参考。     

单井循环地下水源热泵换热特性CFD模拟与验证

针对单井循环地下换热系统CFD模拟研究的不足,建立了该系统多区域耦合的CFD模型用于研究其地下水流动和换热特性。结果表明,循环单井、抽灌同井和填砾抽灌同井CFD模型的抽水温度和含水层特征点温度模拟结果均与试验测试结果吻合较好,3种热源井25 min的累计取热量相对误差分别为12.1%、3.0%和8.2%。所建立的3种热源井CFD模型可以用于分析和预测实际单井循环地下换热系统中热源井特性、含水层流场和温度场的变化情况,并能提供较为准确的模拟数据。     

基于CFD技术的日光温室自然通风热环境模拟

首先利用计算流体力学（CFD）软件,构建自然通风条件下日光温室内温度和气流场的模拟模型;其次,通过测量典型晴天前覆盖下通风口开启时日光温室内各测点的温度,将16个测点的实测值与模型模拟结果进行对比,对模型进行验证;然后,利用通过验证的模型模拟分析3种通风模式下（前覆盖上通风口单独开启、前覆盖下通风口单独开启以及上下通风口同时开启）日光温室内温度和气流场的分布。模拟结果表明：当温室前覆盖上通风口单独开启时,室外冷空气从通风口下端进入并迅速下行,然后通过通风口上端流出,温室内气流主要受热压的影响,空气流速小。当温室前覆盖下通风口单独开启时,温室内0.5m高度以下气流速度较大,室外冷空气从通风口下端进入,与地面、后墙、后坡和覆盖层进行热交换后,从通风口上端流出,温室内温度分布与气流走向一致。当温室前覆盖上、下通风口同时开启时,冷空气从下通风口进入,从上通风口流出,在通风口处气流速度较大。模拟条件下,温室单开上通风口或下通风口时室内平均温度为300.0K,但单开上通风口温室内温度分布更均匀;上、下通风口同时开启时,温室内温度为299.0K,通风降温效果明显优于单开一个通风口。