陳 旗 晏 剛 方忠誠(chéng) 苑保利 任 偉

(1 西安交通大學(xué)制冷與低溫工程系 西安 710049；2 美的集團(tuán)冰箱事業(yè)部 合肥 230601)

直冷冰箱冷藏室門封傳熱特性研究

陳 旗1晏 剛1方忠誠(chéng)2苑保利2任 偉2

(1 西安交通大學(xué)制冷與低溫工程系 西安 710049；2 美的集團(tuán)冰箱事業(yè)部 合肥 230601)

冰箱門封是連接門體和箱體的重要結(jié)構(gòu)，門封的傳熱量是冰箱熱負(fù)荷的重要組成部分。通過(guò)實(shí)驗(yàn)和三維CFD模擬相結(jié)合的方法，研究了冷藏室門封及周邊結(jié)構(gòu)的傳熱特性，重點(diǎn)分析了門封的傳熱途徑及各傳熱途徑熱負(fù)荷的占比，為冰箱門封的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供依據(jù)。結(jié)果表明：門封總負(fù)荷為2.2 W，約占冰箱負(fù)荷的5.5%；門封傳入箱體的熱負(fù)荷、門封傳入冷藏室間室的熱負(fù)荷分別占門封總傳熱負(fù)荷的41.56%，45.07%。門封磁條是影響門封熱負(fù)荷的重要因素，磁條寬度從9.6 mm下降為8.4 mm時(shí)，門封與箱體傳熱負(fù)荷降低51.7%，從而導(dǎo)致門封總傳熱負(fù)荷降低21.1%。

冰箱；門封；熱負(fù)荷；傳熱特性；

冰箱作為傳統(tǒng)的家用電器，其家庭保有量持續(xù)增長(zhǎng)，耗電量占據(jù)全國(guó)家電總耗電的32%[1]。如何降低冰箱能耗一直是制冷行業(yè)的研究熱點(diǎn)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者[2-5]也進(jìn)行了與節(jié)能相關(guān)的研究和探討。作為連接冰箱門體和箱體的重要結(jié)構(gòu)，冰箱門封條起著密封、抗震、隔熱等重要作用。冰箱門封條的傳熱量(漏冷量)是冰箱熱負(fù)荷的重要組成部分，其占冰箱總熱負(fù)荷的18%[6]。隨著近幾年國(guó)家關(guān)于冰箱的能源效率等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的提高，在冰箱保溫層泄漏熱負(fù)荷越來(lái)越小的情況下，門封漏熱在總熱負(fù)荷中的比重則會(huì)逐漸上升，這意味著降低門封漏熱負(fù)荷對(duì)降低冰箱總熱負(fù)荷有著較大的影響，因此門封熱負(fù)荷的研究引起了越來(lái)越多的關(guān)注。

馬長(zhǎng)州等[7]采用反向熱泄漏的方法測(cè)算冰箱的熱負(fù)荷，使用熱流量傳感器測(cè)量冰箱不同位置的熱流密度，結(jié)果表明，門封漏熱負(fù)荷約占冰箱總熱負(fù)荷的21%，門封漏熱是亟需關(guān)注和改善的漏熱點(diǎn)。費(fèi)斌等[8]從對(duì)流、熱傳導(dǎo)和輻射三個(gè)方向著手對(duì)門封傳熱進(jìn)行了分析和優(yōu)化，結(jié)果表明對(duì)門封增加密封腔、密封邊后門封漏熱降低11%，門封采用TPE材料后耗電量降低3.9%。韓雷等[9]使用CAE二維模擬分析了門封的導(dǎo)熱性能，探討了門封高度、磁條、以及門封等效導(dǎo)熱系數(shù)對(duì)門封傳熱的影響，結(jié)果表明門封漏冷約占冰箱總漏冷量的8%，門封結(jié)構(gòu)和磁條對(duì)門封導(dǎo)熱性能的影響較大，隨著門封高度及等效導(dǎo)熱系數(shù)的降低，門封漏冷量會(huì)隨之減小。

Hessami M A[10]采用內(nèi)加熱法對(duì)冰箱各面的傳熱情況進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究和數(shù)值模擬，通過(guò)對(duì)比熱流量傳感器測(cè)量的熱負(fù)荷與冰箱加熱功率發(fā)現(xiàn)：門封傳熱負(fù)荷約占冰箱熱負(fù)荷的17%。Boughton B E等[11]通過(guò)Fortran編程仿真計(jì)算門封傳熱負(fù)荷，把門封假設(shè)成中空的方腔，得到門封的熱負(fù)荷占總負(fù)荷的2.7%。Huelsz G等[12]通過(guò)三維數(shù)值模擬的方法，研究了風(fēng)冷冰箱(708 L)門封及周邊結(jié)構(gòu)的傳熱情況，熱量從環(huán)境通過(guò)門封進(jìn)入箱內(nèi)的傳遞過(guò)程，冷凍室門封的導(dǎo)熱量為6.28 W，約占冷凍室間室總負(fù)荷的4.7%。Kim H S等[13]采用不同的邊界條件對(duì)風(fēng)冷冰箱的門封的傳熱特性進(jìn)行了二維模擬，得到的門封傳熱量為3.5 W/m。但在實(shí)際情況中，冰箱內(nèi)空氣是三維流動(dòng)，靠近門封區(qū)域的空氣沿豎直方向流動(dòng)且受重力因素的影響，作者沒(méi)有分析門封的傳熱途徑及傳熱特性，忽略了空氣與門封結(jié)構(gòu)間的耦合傳熱，只考慮了門封與周邊結(jié)構(gòu)的固體傳熱。

以上研究只是針對(duì)門封傳熱負(fù)荷占冰箱總負(fù)荷的比例，并沒(méi)有細(xì)化研究門封傳熱途徑以及量化不同傳熱途徑傳熱量的占比。本文針對(duì)冰箱冷藏室門封區(qū)域，采用實(shí)驗(yàn)與三維模擬相結(jié)合的方法對(duì)門封的傳熱特性進(jìn)行研究，分析門封的傳熱途徑及各傳熱途徑中傳熱量在門封總傳熱負(fù)荷中的占比，對(duì)門封負(fù)荷中占比較大的部分進(jìn)行了重點(diǎn)改善，為降低門封傳熱、降低冰箱耗電量提供參考依據(jù)。

1 門封區(qū)域溫度測(cè)量

某品牌BCD-216TGMA型號(hào)三開門直冷冰箱，冷藏室在冰箱最上部，其容積為119 L，寬度0.55 m，長(zhǎng)度0.60 m，高度0.72 m。實(shí)驗(yàn)在溫度為25 ℃，相對(duì)濕度為75%的環(huán)境室內(nèi)進(jìn)行，冰箱處于強(qiáng)檔不停機(jī)狀態(tài)，冰箱運(yùn)行24 h后達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。用精度為±0.02 ℃的T型熱電偶測(cè)量冷藏室左側(cè)邊門封及周邊結(jié)構(gòu)的溫度，熱電偶在冷藏室左側(cè)門封的橫截面布置情況如圖1所示，采集的溫度數(shù)據(jù)中，一部分作為模擬的邊界條件帶入模型進(jìn)行模擬；另一部分作為模擬準(zhǔn)確性的判定條件，與模擬后的溫度場(chǎng)進(jìn)行對(duì)比，確定模擬結(jié)果的準(zhǔn)確性。

圖1 溫度測(cè)點(diǎn)布置及門封區(qū)域的材料Fig.1 The positions of thermocouples and materials around gasket

2 門封區(qū)域的物理及數(shù)學(xué)模型

2.1 物理模型

相對(duì)于冷藏室間室的大空間而言，門封的尺寸較小且門封周邊結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不宜在間室整體的層面上研究門封傳熱特性。針對(duì)門封及周邊結(jié)構(gòu)，取豎直方向長(zhǎng)10 cm的一段門封建立三維物理模型，如圖2所示。冷藏室箱體部分由鋼板、ABS板、發(fā)泡層組成；門封由軟質(zhì)PVC材料、氣囊、磁條組成。直冷冰箱正常工作時(shí)，間室內(nèi)空氣的流動(dòng)屬于自然對(duì)流，由浮升力驅(qū)動(dòng)[14]。同時(shí)模擬中也會(huì)考慮門封氣囊內(nèi)空氣的自然對(duì)流，門封周邊結(jié)構(gòu)的導(dǎo)熱系數(shù)如表1所示。

位置123456名稱發(fā)泡層鋼板磁條PVC空氣ABS導(dǎo)熱系數(shù)/(W/(m·K))0026581003500240191

2.2 數(shù)值模型的控制方程和邊界條件

直冷冰箱冷藏室空氣流動(dòng)屬于自然流動(dòng)，采用N-S方程描述空氣流動(dòng)情況，為了便于數(shù)學(xué)建模和分析，做出以下假設(shè)：1)箱體內(nèi)的空氣流動(dòng)是不可壓縮的層流流動(dòng)；2)忽略流體中的粘性耗散項(xiàng)；3)Boussinesq假設(shè)，對(duì)密度僅考慮動(dòng)量方程中與體積力有關(guān)的項(xiàng)；4)忽略各壁面之間的輻射傳熱；5)所有材料的熱物性保持不變；6)忽略通過(guò)門封及門封間隙的空氣泄漏；7)空氣的流動(dòng)在壁面處滿足無(wú)滑移條件[15]。基于以上假設(shè)，傳熱和流動(dòng)方程如下所示：

連續(xù)方程：

(1)

x向動(dòng)量守恒方程：

(2)

y向動(dòng)量守恒方程：

(3)

z向動(dòng)量守恒方程(z向?yàn)樨Q直方向)：

(4)

能量守恒方程：

(5)

式中：u為x向流體速度分量，m/s；v為y向流體速度分量，m/s；w為z向流體速度分量，m/s；υ為運(yùn)動(dòng)粘度，m2/s；p為壓力，Pa；ρ為密度，kg/m3；g為重力加速度，m2/s；α為熱擴(kuò)散系數(shù)，m2/s；T為溫度，℃。

采用CFD軟件Fluent進(jìn)行穩(wěn)態(tài)模擬，分析門封附近區(qū)域的傳熱特性，利用Gambit軟件對(duì)物理模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分，網(wǎng)格為非結(jié)構(gòu)化六面體網(wǎng)格并對(duì)網(wǎng)格無(wú)關(guān)性進(jìn)行驗(yàn)證。壓力和速度的耦合靠COUPLED算法實(shí)現(xiàn)，能量守恒方程和矢量方程采用二階迎風(fēng)算法進(jìn)行離散，當(dāng)?shù)^(guò)程的殘差達(dá)到10-3時(shí)達(dá)到收斂條件。

邊界條件包括冷藏室內(nèi)部的邊界條件(B.C.1)和外界環(huán)境的邊界條件(B.C.2)，如圖2所示。門封區(qū)域在冷藏室內(nèi)的邊界條件包括間室來(lái)流空氣的速度和溫度。來(lái)流溫度由實(shí)驗(yàn)測(cè)試中的熱電偶測(cè)得，采用冰箱穩(wěn)定運(yùn)行后的溫度測(cè)點(diǎn)4和5點(diǎn)的溫度平均值。來(lái)流空氣速度在Laguerre O等[16]研究的基礎(chǔ)上取值，且認(rèn)為來(lái)流空氣只有在豎直方向即z軸方向的運(yùn)動(dòng)。門封區(qū)域靠近外界環(huán)境處的邊界條件為自然對(duì)流條件，溫度是環(huán)境溫度測(cè)量點(diǎn)1的溫度平均值，對(duì)流傳熱系數(shù)參考Laguerre O等[17]的研究，取h=10 W/(m·K))。出口的邊界條件采用壓力出口，認(rèn)為固體在物理模型的其他邊界處絕熱，重力沿豎直方向，具體的邊界條件如表2所示。

表2 門封區(qū)域模型的邊界條件Tab.2 The boundary conditions of the model in the gasket region

3 結(jié)果分析和討論

3.1 門封傳熱特性以及傳熱途徑分析

冷藏室門封區(qū)域及周邊結(jié)構(gòu)在門封橫截面處的溫度場(chǎng)云圖，如圖3所示。實(shí)驗(yàn)中測(cè)定了強(qiáng)檔不停機(jī)檔位下，冷藏室左側(cè)門封Ω槽內(nèi)溫度30.66 ℃，模擬得到的數(shù)據(jù)為28.3 ℃，則絕對(duì)誤差為2.36 ℃，相對(duì)誤差為7.7%；實(shí)驗(yàn)中測(cè)定了強(qiáng)檔不停機(jī)檔位下，冷藏室左側(cè)門箱間隙處門體溫度為17.47 ℃，模擬得到的數(shù)據(jù)為16.6 ℃，則絕對(duì)誤差為0.87 ℃，相對(duì)誤差為4.98%。根據(jù)Kim H S等[13]準(zhǔn)確度較高的模擬算例計(jì)算出溫度與實(shí)驗(yàn)溫度的數(shù)據(jù)，可以推導(dǎo)出誤差的平均值為3.14 ℃，本文模擬與實(shí)驗(yàn)的誤差為0.87～2.36 ℃，誤差的平均值為1.61 ℃，說(shuō)明本文模型與實(shí)驗(yàn)的誤差較小。Melo C等[18]使用熱流量傳感器測(cè)量了門封與環(huán)境間的傳熱量為1.26 W，而本文模型中得到門封與環(huán)境的熱流密度為0.533 W/m，門封長(zhǎng)度為2.4 m，因此門封與環(huán)境傳熱負(fù)荷為1.28 W，該值與Melo C等[18]實(shí)驗(yàn)測(cè)得的值相近。但本文認(rèn)為門封的傳熱負(fù)荷應(yīng)該分析門封與周邊結(jié)構(gòu)的傳熱情況，門封傳熱負(fù)荷應(yīng)為通過(guò)門封最終傳入間室引起間室負(fù)荷增加的部分，而不僅僅是門封與環(huán)境的熱負(fù)荷。本文模擬得到的門封總傳熱負(fù)荷為2.2 W，與馬長(zhǎng)州等[7]用反向熱平衡法實(shí)驗(yàn)測(cè)量得到冷藏室門封熱負(fù)荷2.5 W的結(jié)果相近。綜上所述，本文的模擬算例是可靠的。

圖3 門封區(qū)域橫截面的溫度云圖 Fig.3 Temperature contour near the gasket region

圖4 門封與周邊結(jié)構(gòu)的傳熱負(fù)荷和所占的比例Fig.4 Thermal loads near gasket region and the proportions

根據(jù)溫度云圖3可以看出，鋼板及門封外側(cè)屬于溫度較高的區(qū)域，間室內(nèi)部的溫度則較低。從溫度梯度來(lái)判斷：環(huán)境溫度高于門封溫度，環(huán)境通過(guò)其門封的接觸面向門封傳入熱量，稱為環(huán)境與門封間的傳熱負(fù)荷；門封溫度高于門體溫度，門封通過(guò)其與門體的接觸面及Ω槽向門體傳出熱量，稱為門封與門體間的傳熱負(fù)荷；門封溫度高于冷藏室間室溫度，門封通過(guò)其與冷藏間室的接觸面向間室傳出熱量，稱為門封與間室之間的傳熱負(fù)荷；門封溫度高于箱體溫度尤其是磁條處溫度高于對(duì)應(yīng)的箱體溫度，門封通過(guò)其余箱體的接觸面向箱體傳出熱量，稱為門封與箱體間的傳熱負(fù)荷。

以門封為控制體，門封與周邊結(jié)構(gòu)的單位長(zhǎng)度傳熱負(fù)荷如表3所示。門封的傳熱傳遞途徑包括：門封與外界環(huán)境的傳熱、門封與間室的傳熱、門封與箱體傳熱、門封與門體的傳熱(門封與門體接觸面的傳熱、門封與Ω槽的傳熱)。門封向門體傳遞的熱量最終會(huì)進(jìn)入冷藏室間室，門封向箱體傳遞的熱量最終也會(huì)傳入冷藏室間室。

因此，門封總熱負(fù)荷包括門封傳入箱體熱負(fù)荷、門封傳入冷藏室間室的熱負(fù)荷、門封傳入門體(門封與門體接觸面、門體Ω槽)的熱負(fù)荷，如下式所示。

q門封=qe+qd+q門體=qe+qd+qc+qb

(6)

式中：q門封為門封單位長(zhǎng)度的總負(fù)荷，W/m；qe為門封與間室之間的單位長(zhǎng)度的傳熱負(fù)荷，W/m；qd為門封與箱體之間的單位長(zhǎng)度的傳熱負(fù)荷，W/m；q門體為門封與門體之間的單位長(zhǎng)度的傳熱負(fù)荷，W/m；qc為門封與門體接觸面之間的單位長(zhǎng)度的傳熱負(fù)荷，W/m；qb為門封與門體Ω槽之間的單位長(zhǎng)度的傳熱負(fù)荷，W/m；

表3 門封周邊結(jié)構(gòu)的單位長(zhǎng)度熱負(fù)荷Tab.3 Thermal load per unit gasket length near gasket region

表中：qa為環(huán)境與門封之間單位長(zhǎng)度的傳熱負(fù)荷；+/-——正值為傳入門封的熱負(fù)荷，負(fù)值為傳出門封的熱負(fù)荷。表中各項(xiàng)熱負(fù)荷之和不為零是因?yàn)槭÷粤碎T封氣囊中空氣流動(dòng)對(duì)門封的傳熱，而這部分負(fù)荷對(duì)門封總負(fù)荷的計(jì)算沒(méi)有影響。

門封單位長(zhǎng)度總負(fù)荷0.912 W/m，冷藏室門封總長(zhǎng)度為2.4 m，因此冷藏室門封總傳熱負(fù)荷為2.2 W，占冰箱負(fù)荷40 W的5.5%；門封與周邊結(jié)構(gòu)的單位長(zhǎng)度傳熱負(fù)荷和所占的比例如圖4所示。門封與間室的單位長(zhǎng)度傳熱負(fù)荷所占比例最大，其次是門封與箱體的單位長(zhǎng)度傳熱負(fù)荷，兩者之和占門封單位長(zhǎng)度總負(fù)荷0.912 W/m的比例達(dá)到了86.63%；門封與門體的單位長(zhǎng)度傳熱負(fù)荷包括門封與門體接觸面的單位長(zhǎng)度傳熱負(fù)荷和門封與Ω槽的單位長(zhǎng)度傳熱負(fù)荷，占門封單位長(zhǎng)度總負(fù)荷的13.37%。

為了降低門封傳熱負(fù)荷應(yīng)重點(diǎn)考慮從降低門封與間室傳熱負(fù)荷，門封與箱體傳熱負(fù)荷兩個(gè)方面著手。一方面針對(duì)門封與間室傳熱負(fù)荷較大的問(wèn)題，可以在門封與間室接觸面處增設(shè)附加氣囊，但這會(huì)增加冰箱企業(yè)的生成成本。另一方面門封與箱體的傳熱負(fù)荷在門封總負(fù)荷占比達(dá)到41.56%，其中磁條的導(dǎo)熱系數(shù)較大(10 W/(m·K))，門封磁條處的傳熱負(fù)荷較大，相比于門封增設(shè)附加氣囊，針對(duì)門封磁條改善其生產(chǎn)工藝更可行，也更節(jié)約生產(chǎn)成本，因此需要進(jìn)一步分析改善門封磁條對(duì)門封傳熱負(fù)荷的影響。

3.2 門封磁條寬度變化后的傳熱特性分析

原門封磁條寬度為9.6 mm。磁條寬度減小0.6 mm時(shí)，寬度變?yōu)?.0 mm(以下簡(jiǎn)稱case1)；磁條寬度減小1.2 mm時(shí)，寬度變?yōu)?.4 mm(以下簡(jiǎn)稱case2)。磁條寬度減小后門封附近的溫度云圖如圖5所示，可以看出磁條寬度的變化對(duì)門封附近溫度云圖的影響較小。以門封為控制體，門封與周邊結(jié)構(gòu)的傳熱負(fù)荷如表4所示。

表4 門封周邊結(jié)構(gòu)的單位長(zhǎng)度熱負(fù)荷Tab.4 Thermal load per unit gasket length near gasket region

門封在箱體及磁條處的單位長(zhǎng)度傳熱負(fù)荷如圖6所示，相比于原門封與箱體的單位長(zhǎng)度傳熱負(fù)荷，case1下降了33.24%，case2下降了51.7%。主要原因在于門封與箱體接觸面上磁條的傳熱系數(shù)(10 W/(m·K))較大，磁條寬度的減小使通過(guò)磁條的傳熱負(fù)荷降低：相比于原門封在磁條處的單位長(zhǎng)度傳熱負(fù)荷0.263 W/m，case1為0.19 W/m，下降了27.76%，case2門封在磁條處的單位長(zhǎng)度傳熱負(fù)荷0.16 W/m，下降了39.16%，因此磁條寬度的減小能有效降低門封與箱體傳熱負(fù)荷。

門封與周邊結(jié)構(gòu)的單位長(zhǎng)度傳熱負(fù)荷如圖7所示，相比于原門封的單位長(zhǎng)度傳熱總負(fù)荷，case1下降了13.27%，case2下降了21.1%。主要原因在于磁條寬度的減少造成門封與箱體接觸面積減小，導(dǎo)致門封磁條處單位長(zhǎng)度傳熱負(fù)荷降低，引起門封與箱體的單位長(zhǎng)度傳熱負(fù)荷明顯降低，導(dǎo)致門封單位長(zhǎng)度傳熱總負(fù)荷明顯下降。

圖5 改進(jìn)磁條寬度后門封橫截面溫度云圖Fig.5 Temperature contour near the gasket region after the change of magnet width

圖6 門封與箱體及磁條處的單位長(zhǎng)度傳熱 負(fù)荷隨磁條寬度減小量的變化Fig.6 The effect of reduction of magnet width on thermal load per unit gasket length between gasket and body (magnet)

圖7 門封與周邊結(jié)構(gòu)的單位長(zhǎng)度傳熱負(fù)荷Fig.7 Thermal load per unit gasket length near gasket region

3.3 門封磁條高度變化后的傳熱熱性分析

原門封磁條高度為3.3 mm。磁條高度減小0.3 mm時(shí)，高度變?yōu)?.0 mm(以下簡(jiǎn)稱case3)；磁條高度減小0.6 mm時(shí)，高度變?yōu)?.7 mm(以下簡(jiǎn)稱case4)。磁條高度減小后門封附近的溫度云圖如圖8所示，可以看出磁條高度的變化對(duì)門封附近溫度云圖的影響較小。以門封為控制體，門封與周邊結(jié)構(gòu)的傳熱負(fù)荷如表5所示。

門封與箱體及磁條處的單位長(zhǎng)度傳熱負(fù)荷如圖9所示，原門封、case3、case4的數(shù)據(jù)基本保持平齊，說(shuō)明改變磁條高度對(duì)門封磁條處單位長(zhǎng)度傳熱負(fù)荷影響很小，進(jìn)而門封磁條高度的改變對(duì)門封與箱體的傳熱負(fù)荷影響很小。

表5 門封周邊結(jié)構(gòu)的單位長(zhǎng)度熱負(fù)荷Tab.5 Thermal load per unit gasket length near gasket region

圖8 改進(jìn)磁條高度后門封橫截面的溫度云圖Fig.8 Temperature contour near the gasket region after the change of magnet height

圖9 門封與箱體及磁條處的單位長(zhǎng)度傳熱 負(fù)荷隨磁條高度減小量的變化Fig.9 The effect of reduction of magnet height on thermal load per unit gasket length between gasket and body (magnet)

圖10 門封與周邊結(jié)構(gòu)的單位長(zhǎng)度傳熱負(fù)荷Fig.10 Thermal load per unit gasket length near gasket region

門封與周邊結(jié)構(gòu)的傳熱負(fù)荷如圖10所示，原門封、case3、case4的門封與箱體單位長(zhǎng)度傳熱負(fù)荷基本不變，原因在于門封磁條高度的改變時(shí)磁條與箱體的接觸面積不變，門封與磁條處的傳熱負(fù)荷受影響很小。同時(shí)case3、case4在門封其他傳熱途徑上的單位長(zhǎng)度傳熱負(fù)荷與原門封相比變化較小，所以原門封、case3、case4的門封單位長(zhǎng)度傳熱總負(fù)荷變化很小。

門封磁條高度的改變對(duì)門封傳熱負(fù)荷影響很小，相比之下磁條寬度的減小能夠有效導(dǎo)致門封傳熱負(fù)荷的降低。由于磁條寬度減小時(shí)，門封磁條與箱體的貼合力也會(huì)相應(yīng)減小，而磁條高度對(duì)門封傳熱總負(fù)荷影響很小，因此可以在減小門封磁條寬度的同時(shí)，適當(dāng)增加磁條高度以增加磁條的磁力，防止門封與箱體處出現(xiàn)較大縫隙造成門封漏熱嚴(yán)重。

4 結(jié)論

本文在溫度25 ℃，相對(duì)濕度75%的冰箱實(shí)驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行了直冷冰箱強(qiáng)檔不停機(jī)狀態(tài)下的運(yùn)行實(shí)驗(yàn)，待間室內(nèi)溫度穩(wěn)定后，測(cè)量了冷藏室門封區(qū)域的溫度，針對(duì)門封周邊建立三維模型的CFD模擬方法研究了冷藏室門封及周邊區(qū)域的傳熱特性，分析了門封的傳熱途徑及其占比，并對(duì)門封磁條處的傳熱進(jìn)行了改善。結(jié)論如下：

1)門封的總傳熱負(fù)荷包括門封傳入箱體的熱負(fù)荷、門封傳入冷藏室間室的熱負(fù)荷和門封傳入門體的熱負(fù)荷，所占的比例分別為41.56%、45.07%、13.37%。

2)門封單位長(zhǎng)度的總傳熱負(fù)荷為0.912 W/m，冷藏室門封的總傳熱負(fù)荷為2.2 W，約占冰箱負(fù)荷的5.5%。

3)門封磁條高度的改變對(duì)門封的傳熱負(fù)荷影響很小，磁條寬度的減小能夠?qū)е麻T封傳熱負(fù)荷的有效降低，磁條寬度從9.6 mm下降為8.4 mm時(shí)，門封的總傳熱負(fù)荷降低21.1%。在改善門封磁條傳熱時(shí)應(yīng)重點(diǎn)考慮門封磁條寬度的影響。

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About the corresponding author

Yan Gang, male, Ph. D., Deputy Director of Department of Refrigeration & Cryogenic Engineering, Xi′an Jiaotong University, +86 29-82668738, E-mail: gyan@mail.xjtu.edu.cn. Research fields: new refrigeration and cryogenic cycle system and thermophysics process, alternative refrigerants, energy-saving of refrigeration and cryogenic devices.

A Study on the Heat Transfer Characteristics of Refrigerating Cabinet Gasket

Chen Qi1Yan Gang1Fang Zhongcheng2Yuan Baoli2Ren Wei2

(1.Department of Refrigerating & Cryogenic Engineering, Xi′an Jiaotong University, Xi′an, 710049, China; 2. Refrigeration Division, Midea Group, Hefei, 230601, China)

Gasket is an important connection structure between refrigerator door and body, and heat transfer through gasket is an important component of refrigerator thermal load. Both CFD simulations and experimental test were carried out to analyze the heat transfer characteristics near gasket region. This paper primarily focuses on heat transfer paths and the proportions, which lays the foundation for the optimal design of gasket. The result shows that total thermal load of gasket is 2.2W, accounting for 5.5% of the total heat loss of a refrigerator, and thermal loads from gasket to refrigerating body and from gasket to refrigerating cabinet account for 41.56% and 45.07% of the total thermal load near the gasket region, respectively. Besides, the magnetic stripe is a key factor of the total thermal load of gasket. To reduce the width of gasket from 9.6mm to 8.4mm could effectively reduce the gasket thermal load from gasket to refrigerating body by 51.7%, resulting in a 21.1% reduction of total thermal load near gasket．

refrigerator; gasket; thermal load; heat transfer characteristics

2015年3月18日

0253- 4339(2015) 06- 0066- 08

10.3969/j.issn.0253- 4339.2015.06.066

TM925.2;TU831.2

A

晏剛，男，博士，制冷與低溫工程系副系主任，西安交通大學(xué)制冷與低溫工程系，(029)82668738，E-mail：gyan@mail.xjtu.edu.cn。研究方向：制冷與低溫系統(tǒng)新型循環(huán)及熱物理過(guò)程研究，替代制冷劑研究，制冷與低溫裝置的節(jié)能。