劉海波

(中農(nóng)聯(lián)企業(yè)運(yùn)營管理有限公司,北京 100000)

冷庫的冷負(fù)荷主要來自三個方面：（1）通過圍護(hù)結(jié)構(gòu)（屋頂、側(cè)墻和地面）傳導(dǎo)入庫房內(nèi)的熱量；（2）通過冷庫開關(guān)門時(shí)，熱壓滲風(fēng)進(jìn)入庫房的高溫高濕空氣所帶來的熱量和濕量；（3）貨物所散發(fā)出的熱量和濕量。

在冷庫冷負(fù)荷的第二個來源中，當(dāng)冷庫門開啟，熱壓作用下室外空氣會滲入庫房內(nèi)，增加庫房的制冷需求，嚴(yán)重時(shí)甚至可以達(dá)到冷負(fù)荷的50%以上[1-6]。

本文建立了熱壓作用下庫門滲風(fēng)CFD 仿真模型，研究在冷庫大門開啟后，庫內(nèi)外空氣流動方式及熱空氣進(jìn)入冷庫后對冷庫溫度場的影響。

1 CFD 仿真建模

對冷庫及其外部空間進(jìn)行建模，如圖1 所示。冷庫內(nèi)部規(guī)格，長34m，寬8m，高5.7m；回籠間規(guī)格，長3m，寬2.5m，高2.8m；4 臺冷風(fēng)機(jī)底部距地面3.5m，位于庫房中心位置。外部空間長50 米，寬108 米，高53 米。

圖1 庫房模型

網(wǎng)格劃分方法，以四面體網(wǎng)格為主，在適當(dāng)?shù)奈恢冒骟w、錐形和楔形網(wǎng)格[7-8]，如圖2 所示。

圖2 網(wǎng)格劃分

2 模型驗(yàn)證

2.1 驗(yàn)證方法

首先，采用紅外熱成像法對溫度場進(jìn)行對比。其次，如圖3 所示，在門的中心線上從庫外向庫內(nèi)依次布置溫度測點(diǎn)，通過測試溫度場來驗(yàn)證模擬結(jié)果。

圖3 測點(diǎn)布置示意圖

其中1 點(diǎn)-7 點(diǎn)距地面高度均為2m；8 點(diǎn)-14 點(diǎn)距地面高度為0.5m；柱子間距1m；1 點(diǎn)、8 點(diǎn)從門外1 米開始。每個切面在門各種開度位置居中（隨門的位置移動），如圖4 所示。

圖4 不同開度測點(diǎn)布置圖片

2.2 驗(yàn)證結(jié)果

溫度測點(diǎn)的測試結(jié)果與模擬結(jié)果對比情況如表1 所示。

表1 測點(diǎn)溫度測量值與模擬值對比

結(jié)果顯示，在冷庫門不同開度時(shí)，上下層各測點(diǎn)的溫度變化趨勢與模擬所得結(jié)果相同且誤差在可接受范圍內(nèi)，因此說明本文所建立的模型可以反映真實(shí)情況下冷庫門在開啟后，冷熱空氣進(jìn)出冷庫的情況。

3 速度場分析

我們分析當(dāng)大門完全打開時(shí)的冷庫內(nèi)空氣流線的發(fā)展過程，如圖5 所示。從圖5 可以直觀的看出冷庫大門完全開啟時(shí)的空氣流動情況。在開啟大門的前5s 內(nèi)，熱空氣尚未離開回籠間，冷熱空氣在回籠間內(nèi)形成一個渦旋，隨著大門開啟時(shí)間的增加，渦旋逐步向庫內(nèi)移動并不斷變大，最終充滿整個冷庫，這個大的渦旋源源不斷的將冷空氣從大門的下方運(yùn)輸出冷庫，而將熱空氣源源不斷的從大門上方輸送到冷庫內(nèi)，直到冷庫內(nèi)外壓力平衡為止。在實(shí)際生產(chǎn)操作過程中只有當(dāng)冷庫進(jìn)出大量貨物，需要有叉車進(jìn)出的情況下冷庫的大門才會完全打開，由于冷庫大門寬度較大，日常運(yùn)行中大門半開的情況同樣經(jīng)常發(fā)生。從圖6 可以觀察到，冷庫大門半開時(shí)，流線密度較大門全開時(shí)小了很多，說明空氣流速變小了，由于門是半開的，冷熱空氣形成的渦旋在離開回籠間后，從一側(cè)逐漸擴(kuò)展開來，并不斷向庫內(nèi)移動，但是相比于大門全開時(shí)，渦旋的移動速度更慢。

圖5 冷庫大門全開時(shí)空氣流線

圖6 冷庫大門半開時(shí)空氣流線

4 結(jié)論

本文建立了熱壓作用下庫門滲風(fēng)CFD 仿真模型，并通過多點(diǎn)測溫法對模型進(jìn)行了驗(yàn)證。并對不同庫門開度、不同開啟時(shí)間條件下，由庫內(nèi)外溫差所引起的滲風(fēng)對庫內(nèi)氣流組織和溫度場的影響進(jìn)行了分析。結(jié)果表明，冷庫大門的開度大小和開啟時(shí)間的長短對于冷熱空氣的運(yùn)動軌跡影響不大，也不會影響初期中和面的形成；但是庫門開度越小，熱空氣進(jìn)入冷庫的速度越小，庫門開啟時(shí)間越短，進(jìn)入冷庫的熱濕空氣越少，所引起的熱濕負(fù)荷也就越小。因此，合理的降低庫門開度并盡量縮短庫門開啟時(shí)間，可以避免熱濕空氣進(jìn)入庫房并降低冷庫熱濕負(fù)荷，是冷庫制冷系統(tǒng)節(jié)能的途徑之一。