韓士萍，馬　輝

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基于Fluent的風冷冰箱結(jié)霜化霜控制系統(tǒng)設(shè)計

韓士萍，馬輝

（六安職業(yè)技術(shù)學(xué)院，安徽六安 237158）

該設(shè)計方案提出運用風冷無霜技術(shù)，分析冰箱在不同因素影響下的溫濕度、氣流場和耗電量變化，在此基礎(chǔ)上利用Fluent中一些成熟的模塊對冰箱整個系統(tǒng)進行建模仿真，由此設(shè)計硬件電路來完成風冷冰箱控制器的研究?；诶碚撆c實踐分析相結(jié)合的風冷無霜冰箱控制策略方案是可行的。

結(jié)霜；化霜；風冷冰箱

由于風冷無霜冰箱在冰箱行業(yè)中研發(fā)、制造、生產(chǎn)和銷售的比例越來越大，但風冷無霜冰箱在制冷結(jié)霜保濕除霜過程中會產(chǎn)生冷熱交替，消耗較多的能量，制冷設(shè)備的高效節(jié)能降耗是緩解能源緊張、可持續(xù)發(fā)展的途徑之一和研究熱點，因此開發(fā)出一套比較實用的風冷冰箱結(jié)霜化霜加熱保濕控制模型，優(yōu)化風道設(shè)計，提高制冷系統(tǒng)的效率具有重要的現(xiàn)實意義。

目前，國內(nèi)外對冰箱溫度均勻性進行了大量研究，采用DPIV粒子成像技術(shù)對冰箱內(nèi)部流場進行實驗研究，展示了箱體內(nèi)結(jié)構(gòu)布局和出風口布局對各間隔室內(nèi)流速和流量的影響,但PIV技術(shù)成本太高，試驗周期和檢測過程也很長[1-4]；上海交通大學(xué)丁國良等通過CFD分析冰箱存在的溫度不均勻性,提出增添軸流式風扇并優(yōu)化出風口截面形狀等[5]；臺灣明道大學(xué)楊愷祥等采用EFD.Lab研究重力作用和風口布局對箱內(nèi)流場和溫度場的影響[6]。風冷熱泵室外側(cè)蒸發(fā)器極易結(jié)霜，霜在換熱器表面的沉積增加了冷壁面與空氣間的導(dǎo)熱熱阻，惡化了傳熱效果；同時，霜層的增長產(chǎn)生的阻塞作用大大增加了空氣流過換熱器的阻力，在以風機驅(qū)動的換熱器中造成氣流流量下降，使蒸發(fā)器的換熱量大大的減少[7]。各國學(xué)者對簡單的幾何形面物體，如平板、圓柱、同心圓等結(jié)霜的研究已經(jīng)進行的比較深人[8]，但對于翅片管蒸發(fā)器結(jié)霜的研究相對較少，部分學(xué)者進行了翅片管式蒸發(fā)器結(jié)霜的研究，但僅限于研究空氣參數(shù)對換熱器結(jié)霜的影響，而很少研究片管式蒸發(fā)器結(jié)構(gòu)參數(shù)對結(jié)霜的影響，因此目前十分缺乏蒸發(fā)器優(yōu)化設(shè)計的依據(jù)?；贔luent的風冷冰箱結(jié)霜化霜控制系統(tǒng)研制方案設(shè)計解決風冷冰箱的結(jié)霜化霜控制技術(shù)和制冷間室氣流場仿真模型，達到翅片式蒸發(fā)器的合理設(shè)計、風道口的最優(yōu)結(jié)構(gòu)和一整套的風冷冰箱結(jié)霜化霜控制系統(tǒng)。

1 設(shè)計思路

主要是在分析國內(nèi)外研究基礎(chǔ)上，針對風冷冰箱樣機進行大量的實驗測試，包括不同工況下的耗電量、出風特性、翅片式蒸發(fā)器化霜結(jié)霜特性和制冷間室溫濕度監(jiān)測實驗；針對冰箱整個系統(tǒng)的工作進行理論研究，并有針對性地完成了對翅片式蒸發(fā)器和風道結(jié)構(gòu)的數(shù)學(xué)模擬計算，分析蒸發(fā)器結(jié)霜化霜周期和風門風道送風之間的變化關(guān)系，進而提出合適的控制系統(tǒng)和風道結(jié)構(gòu)的設(shè)計方法，并通過建立數(shù)學(xué)模型，對風道和冷藏室進行三維內(nèi)流場數(shù)值計算，通過最終實驗結(jié)果對風冷無霜效果進行分析對比。

2 設(shè)計目標

本設(shè)計方案的研究對象是風冷無霜冰箱，采用智能化霜除霜控制系統(tǒng)，運用Fluent軟件建模分析風道結(jié)構(gòu)和內(nèi)部流場，實現(xiàn)對冰箱冷藏室和冷凍室的精確溫度控制，達到無霜和節(jié)能的目標。

3 設(shè)計方案

（1）冰箱制冷系統(tǒng)中的各個部件都會對冰箱的性能產(chǎn)生影響，在不同的工況下變化也有很大不同，因此選擇最佳的測試參數(shù)進行研究對實驗效果會產(chǎn)生很大的影響。如圖1所示為環(huán)境溫濕度與冰箱性能關(guān)系圖。

圖1 環(huán)境溫濕度與冰箱性能關(guān)系圖

（2）在各測試參數(shù)中，制冷間室溫濕度，環(huán)境溫濕度、風道結(jié)構(gòu)和翅片式蒸發(fā)器的結(jié)霜化霜特性對風冷冰箱間室溫度差和耗電量起到關(guān)鍵影響，具有比較高的研究價值，因此選擇這三個參數(shù)作為實驗測量數(shù)據(jù)。采用Fluent軟件對冰箱制冷間室氣流場進行建模。整個測試系統(tǒng)原理如圖2所示：

圖2 測試系統(tǒng)原理示意圖

（3）采用冰箱性能測試實驗室、冷藏、冷凍間室布置溫度傳感器，實驗室間室布置溫濕度傳感器，翅片蒸發(fā)器附近布置攝像頭，通過工業(yè)計算機實施查看各參數(shù)的變化。

（4）設(shè)計一種結(jié)霜化霜加熱保濕控制器，通過軟件建模過后的參數(shù)計算優(yōu)化，設(shè)計控制器的硬件電路和程序編寫，通過實際實驗進行驗證，驗證過程中同樣不斷調(diào)整參數(shù)，完善建立的模型。

（5）控制器安裝的位置和外部塑殼的保護性，風道風門的設(shè)計充分考慮氣流場的數(shù)學(xué)模型，完成樣機的制作。

4 結(jié)束語

該設(shè)計方案運用風冷無霜技術(shù)，提出一種有效的化霜加熱控制方法是有效的分析冰箱在不同因素影響下的溫濕度、氣流場和耗電量變化，在此基礎(chǔ)上利用Fluent中一些成熟的模塊對冰箱整個系統(tǒng)進行建模仿真，由此設(shè)計硬件電路來完成風冷冰箱控制器的研究。綜上所述，基于理論與實踐分析相結(jié)合的風冷無霜冰箱控制策略方案是可行的。

[1]孟祥兆，俞炳豐 , 間歇式冰箱冷藏室內(nèi)流場的粒子圖像速度場實驗研究[J]. 西安交通大學(xué)學(xué)報 2007.9（41）：1075—1079.

[2]Lee IS, Baek SJ, Chung MK, Rhee D. A study of air flow characteristics in the refrigerator using PIV and computational simulation[J].Flow Visual Image Process 1999（6）:333–42.

[3]Ben Amara, S. ; Laguerre, O.; Charrier-Mojtabi, M.-C.; Lartigue, B.; Flick, D. PIV measurement of the flow field in a domestic refrigerator model Comparison with 3D simulations [J]. International Journal of Refrigeration, 2008.31(8):1328—1340.

[4]Lacerda, V.T. Melo, C.; Barbosa Jr., J.R.; Duarte, P.O.O. Measurements of the air fl ow fi eld in the freezer compartment of a top-mount no-frost refrigerator: The effect of temperature[J]. International Journal of Refrigeration,2005.28(5):774—783.

[5]Guo-Liang Ding , Hong-Tao Qiao ect. Ways to improve thermal uniformity inside a refrigerator [J]. Applied Thermal Engineering 2004(24): 1827–1840.

[6]Kai-Shing Yang , Wen-Ruey Chang ect.An investigation of a top-mounted domestic refrigerator [J]. Energy Conversion and Management. 2010(51):1422–1427.

[7]O Neal D L, Tree D R. Areview of frost formation in simple geometries. ASHRAE Transations, 1985;91(2A):267-281.

[8]Tao Y X, Besant R W, Reikallah K S. A mathematical model for predicting the densification and growth of frost on a flat plate. Int. J. Heat mass transfer, 1933;36(2):353-363.

The design of control system of air-cooled refrigerator frosting defrosting based on Fluent

(Luan Vocation Technology College, Lu'an Anhui 237158)

The design scheme proposed cream technology by air cooling, the analysis of the refrigerator under the effects of different factors on the temperature and humidity, airflow field and power consumption change. On the basis of using fluent in some mature module is used for modeling and Simulation of the entire refrigerator system, thus the design of hardware circuit to complete the study of air-cooled refrigerator controller. Based on the analysis of theory and practice combination of air-cooled frost free refrigerator control strategy is feasible.

Frost; Defrost; Air-cooled refrigerator

（責任編輯：張時瑋）

N945.23

A

10.3969/j.issn.1672-7304.2016.06.037

1672–7304(2016)06–0085–02

安徽省2016年度省級高校自然科學(xué)研究項目（項目編號：KJ2016A686）。

韓士萍（1974-），女，安徽壽縣人，副教授，方向；機電一體化。