白莉

摘 要：文章針對(duì)CFD在冰箱結(jié)構(gòu)優(yōu)化中的應(yīng)用現(xiàn)狀進(jìn)行了概述，通過分析和介紹冰箱結(jié)構(gòu)優(yōu)化研究，提出了冰箱結(jié)構(gòu)研究當(dāng)中存在的一些問題，并且有針對(duì)性的介紹了未來的研究方向。

關(guān)鍵詞：CFD；冰箱結(jié)構(gòu)優(yōu)化；應(yīng)用現(xiàn)狀

中圖分類號(hào)：TB657.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-8937（2014）23-0062-01

現(xiàn)在人們的生活水平提升很快，因此不僅只是要求冰箱的低溫制冷儲(chǔ)藏功能，同時(shí)還更多的關(guān)注食品的保鮮程度以及冰箱自身的耗電量。在這樣的背景下，冰箱生產(chǎn)廠家要想使用戶日益增長(zhǎng)的需求得到有效的滿足，就必須要針對(duì)冰箱進(jìn)行更好的設(shè)計(jì)，唯有如此，其生產(chǎn)的冰箱才能夠具有良好的性能，同時(shí)能夠快速的占領(lǐng)市場(chǎng)。冰箱的設(shè)計(jì)盡管在最近幾年取得了較大的發(fā)展，然而在冰箱的實(shí)際結(jié)構(gòu)當(dāng)中仍然存在著較多的問題。本文針對(duì)CFD在冰箱結(jié)構(gòu)優(yōu)化中的應(yīng)用進(jìn)行了介紹，希望能夠?qū)Ρ湓O(shè)計(jì)水平的不斷發(fā)展起到一定的推動(dòng)作用。

1 冰箱結(jié)構(gòu)優(yōu)化的現(xiàn)狀分析

冰箱生產(chǎn)廠家普遍比較關(guān)注冰箱結(jié)構(gòu)的優(yōu)化問題，因此不斷的對(duì)冰箱結(jié)構(gòu)的優(yōu)化進(jìn)行分析和研究，雖然在這一方面已經(jīng)取得了非常大的進(jìn)步，然而還是存在著一些問題：

①冰箱保鮮性能由于不合理的冰箱內(nèi)部結(jié)構(gòu)而變差。

②冰箱耗電由于不恰當(dāng)?shù)姆缆┕懿贾枚仙?/p>

③冰箱內(nèi)部受到外界環(huán)境通過門封而出現(xiàn)的導(dǎo)熱的影響，最終不僅導(dǎo)致冰箱的能耗不斷的上升，與此同時(shí)，冰箱門封的周圍還會(huì)長(zhǎng)期的處于溫度較高的環(huán)境當(dāng)中，因此會(huì)進(jìn)一步的使食品的儲(chǔ)藏受到較大的影響。

④冰箱內(nèi)部會(huì)因?yàn)槭艿絻?nèi)置式換熱器的影響而出現(xiàn)能耗不斷增加的現(xiàn)象。

通過上述分析我們可以發(fā)現(xiàn)，在對(duì)冰箱性能進(jìn)行改善的時(shí)候，應(yīng)立足于冰箱結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，能夠有效的減少冰箱能耗量以及其提升食品冷藏功能。

然而在設(shè)計(jì)冰箱的時(shí)候大多數(shù)企業(yè)仍然采用傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方式，這種設(shè)計(jì)方式浪費(fèi)時(shí)間以及精力。在對(duì)冰箱進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化的時(shí)候利用CFD能夠節(jié)省大量的時(shí)間，具有較大的優(yōu)勢(shì)。

2 CFD在冰箱箱內(nèi)流場(chǎng)和溫度場(chǎng)數(shù)值中的應(yīng)用分析

冰箱內(nèi)的溫度分布、空氣流場(chǎng)與食物在冰箱內(nèi)的保存質(zhì)量具有十分密切的關(guān)系，與此同時(shí)，冰箱的溫度場(chǎng)與冰箱的耗電量也具有較大的關(guān)系，所以在冰箱的設(shè)計(jì)過程中必須重視優(yōu)化其溫度場(chǎng)與流場(chǎng)。不能夠只依賴于簡(jiǎn)單的代數(shù)方程來進(jìn)行計(jì)算，也不能夠單純的實(shí)踐來完成，這是由于在對(duì)各參數(shù)對(duì)流場(chǎng)的影響進(jìn)行系統(tǒng)測(cè)試時(shí)往往具有較大的工作量，而且還需要將很多傳感器布置在流場(chǎng)當(dāng)中才能夠進(jìn)行測(cè)量，但是這樣會(huì)使流場(chǎng)受到一定程度的破壞。因此在近年來進(jìn)行流場(chǎng)計(jì)算和優(yōu)化的時(shí)候往往采用數(shù)值模擬的方式來進(jìn)行。通常可以將冰箱劃分為兩種，間冷式冰箱和直冷式冰箱，在很多地方兩者都具有較大的不同，因此在這里分別對(duì)兩種冰箱進(jìn)行討論。

2.1 分析直冷式冰箱箱內(nèi)的溫度場(chǎng)和流場(chǎng)

由于計(jì)算流場(chǎng)具有較大的復(fù)雜性，所以很多研究人員對(duì)冰箱結(jié)構(gòu)的對(duì)稱性進(jìn)行了考慮，為了促進(jìn)模型的簡(jiǎn)化，開始只研究了其中的二維流場(chǎng)。在研究的過程中，一些學(xué)者將邊界條件看作是冰箱兩個(gè)蒸發(fā)器溫度以及表面溫度，這樣就將在周期性非穩(wěn)態(tài)工況下給出了冰箱的計(jì)算溫度場(chǎng)以及速度場(chǎng)的結(jié)果。但是這種方式卻忽視了冰箱溫度場(chǎng)受到的門封處的漏熱和防露管等的影響，同時(shí)也沒有對(duì)腔體內(nèi)表面中的輻射換熱進(jìn)行考慮，因此計(jì)算結(jié)果存在著較大的誤差。要想將完全符合冰箱實(shí)際工作情況的結(jié)果計(jì)算出來，必須采用非穩(wěn)態(tài)以及三維的并且對(duì)內(nèi)壁面之間輻射進(jìn)行充分考慮的計(jì)算模型。采用這種方式能夠整體求解三維穩(wěn)態(tài)的冷凍箱內(nèi)部速度場(chǎng)、壓力以及溫度。

2.2 分析間冷式冰箱箱內(nèi)溫度場(chǎng)以及流場(chǎng)的數(shù)值

在今后的發(fā)展中，間冷式冰箱具有十分顯著的優(yōu)勢(shì)，所以必須要對(duì)間冷式冰箱進(jìn)行科學(xué)的研究。有學(xué)者在對(duì)間冷式冰箱的溫度場(chǎng)以及流場(chǎng)進(jìn)行計(jì)算的時(shí)候采用了PHOENICS軟件，從而建立了三維穩(wěn)態(tài)數(shù)值模擬，并且研究了浮生力在間冷式制冷裝置中的影響，最后證明了流場(chǎng)和溫度場(chǎng)受到浮生力的影響較小。在制冷對(duì)象的換熱過程中，各個(gè)固體如果具有較大的壁面溫度差時(shí)，輻射就會(huì)產(chǎn)生相當(dāng)大的對(duì)傳熱。

3 CFD在冰箱內(nèi)置式換熱器中的研究現(xiàn)狀分析

作為冰箱向外界放熱的裝置，家用冰箱用冷凝器具有非常重要的作用。鋼絲管冷凝器在現(xiàn)在的冰箱當(dāng)中比較常見，然而這種冷凝器的美觀性較差，而且容易損壞，由于其位于冰箱的表面，因此非常容易出現(xiàn)灰塵堆積，這樣就使其污垢熱阻變得較大，進(jìn)一步的降低冷凝器的換熱能力。正因?yàn)榇嬖谥T多缺點(diǎn)，所以現(xiàn)在越來越多的應(yīng)用內(nèi)置式冷凝器。

有學(xué)者建立了內(nèi)置式冷凝器的仿真模型，然后對(duì)其傳熱特性進(jìn)行分析。結(jié)果顯示，相對(duì)于實(shí)驗(yàn)值而言，冷凝器換熱量的計(jì)算值要超出10%。之所以會(huì)出現(xiàn)這個(gè)誤差，是因?yàn)闆]有充分的考慮冷凝器通過發(fā)泡層傳導(dǎo)的熱量。還有的學(xué)者針對(duì)兩種內(nèi)藏式蒸發(fā)器進(jìn)行了研究，并且比較了常用的管板式蒸發(fā)器的換熱性能、經(jīng)濟(jì)性、可靠性以及工藝性，從而進(jìn)一步說明了內(nèi)藏式蒸發(fā)器的應(yīng)用前景。

4 CFD在門邊結(jié)構(gòu)和防露管中的研究現(xiàn)狀分析

冰箱的門邊結(jié)構(gòu)通常被劃分為兩種，也就是無門架和有門架。外界熱量進(jìn)入冰箱的箱內(nèi)通常會(huì)利用兩種方式，門封導(dǎo)熱和冰箱側(cè)壁。通過對(duì)兩種門邊結(jié)構(gòu)在相同條件下產(chǎn)生的對(duì)箱內(nèi)溫度場(chǎng)滲熱影響的比較，然后進(jìn)一步分析門附近的溫度場(chǎng)，對(duì)該位置適宜儲(chǔ)藏何種食品進(jìn)行考慮，這樣就能夠很好的指導(dǎo)用戶如何能夠更好的使用冰箱。

在設(shè)計(jì)電冰箱制冷系統(tǒng)的時(shí)候，第一步就要對(duì)系統(tǒng)管路的走向問題進(jìn)行充分的考慮，冰箱的節(jié)能在一定程度上會(huì)受到防露管的布置和走向的影響。很多冰箱生產(chǎn)廠家在防止凝露的時(shí)候都是利用壓縮機(jī)排出的過熱氣體對(duì)門框進(jìn)行加熱從而使門框的溫度上升的方式。在這種方法當(dāng)中過熱氣體往往具有較高的溫度，而且與冰箱內(nèi)部具有較大的溫度差，從而使箱內(nèi)的漏熱量增加，因此十分不利于能耗的降低。在對(duì)冰箱性能受到的防露管的影響進(jìn)行研究的時(shí)候，必須要對(duì)防露管進(jìn)行合理的布置，不僅要具有防結(jié)露的作用，同時(shí)還要實(shí)現(xiàn)節(jié)能的目的。

5 結(jié) 語

在冰箱的結(jié)構(gòu)優(yōu)化中，CED具有一定的優(yōu)勢(shì)，現(xiàn)在很多冰箱生產(chǎn)企業(yè)都在冰箱結(jié)構(gòu)的優(yōu)化中運(yùn)用到了CFD，并取得了很多成果，因此針對(duì)這方面的研究成果進(jìn)行總結(jié)具有非常重要的意義，希望本文能夠幫助大家對(duì)這方面研究有更全面的認(rèn)識(shí)。

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