CFD在冰箱結(jié)構(gòu)優(yōu)化中的應(yīng)用現(xiàn)狀

白莉

摘 要：文章針對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：TB657.4 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：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藏功能，同時還更多的關(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的需求得到有效的滿足，就必須要針對冰箱進(jìn)行更好的設(shè)計，唯有如此，其生產(chǎn)的冰箱才能夠具有良好的性能，同時能夠快速的占領(lǐng)市場。冰箱的設(shè)計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)計水平的不斷發(fā)展起到一定的推動作用。

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，冰箱門封的周圍還會長期的處于溫度較高的環(huán)境當(dāng)中，因此會進(jìn)一步的使食品的儲藏受到較大的影響。

④冰箱內(nèi)部會因?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)，在對冰箱性能進(jìn)行改善的時候，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)計冰箱的時候大多數(shù)企業(yè)仍然采用傳統(tǒng)的設(shè)計方式，這種設(shè)計方式浪費(fèi)時間以及精力。在對冰箱進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化的時候利用CFD能夠節(jié)省大量的時間，具有較大的優(yōu)勢。

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

冰箱內(nèi)的溫度分布、空氣流場與食物在冰箱內(nèi)的保存質(zhì)量具有十分密切的關(guān)系，與此同時，冰箱的溫度場與冰箱的耗電量也具有較大的關(guān)系，所以在冰箱的設(shè)計過程中必須重視優(yōu)化其溫度場與流場。不能夠只依賴于簡單的代數(shù)方程來進(jìn)行計算，也不能夠單純的實(shí)踐來完成，這是由于在對各參數(shù)對流場的影響進(jìn)行系統(tǒng)測試時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當(dāng)中才能夠進(jìn)行測量，但是這樣會使流場受到一定程度的破壞。因此在近年來進(jìn)行流場計算和優(yōu)化的時候往往采用數(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)的溫度場和流場

由于計算流場具有較大的復(fù)雜性，所以很多研究人員對冰箱結(jié)構(gòu)的對稱性進(jìn)行了考慮，為了促進(jìn)模型的簡化，開始只研究了其中的二維流場。在研究的過程中，一些學(xué)者將邊界條件看作是冰箱兩個蒸發(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算溫度場以及速度場的結(jié)果。但是這種方式卻忽視了冰箱溫度場受到的門封處的漏熱和防露管等的影響，同時也沒有對腔體內(nèi)表面中的輻射換熱進(jìn)行考慮，因此計算結(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)果計算出來，必須采用非穩(wěn)態(tài)以及三維的并且對內(nèi)壁面之間輻射進(jìn)行充分考慮的計算模型。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、壓力以及溫度。

2.2 分析間冷式冰箱箱內(nèi)溫度場以及流場的數(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，所以必須要對間冷式冰箱進(jìn)行科學(xué)的研究。有學(xué)者在對間冷式冰箱的溫度場以及流場進(jìn)行計算的時候采用了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，最后證明了流場和溫度場受到浮生力的影響較小。在制冷對象的換熱過程中，各個固體如果具有較大的壁面溫度差時，輻射就會產(chǎn)生相當(dāng)大的對傳熱。

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，然后對其傳熱特性進(jìn)行分析。結(jié)果顯示，相對于實(shí)驗(yàn)值而言，冷凝器換熱量的計算值要超出10%。之所以會出現(xiàn)這個誤差，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)通常會利用兩種方式，門封導(dǎo)熱和冰箱側(cè)壁。通過對兩種門邊結(jié)構(gòu)在相同條件下產(chǎn)生的對箱內(nèi)溫度場滲熱影響的比較，然后進(jìn)一步分析門附近的溫度場，對該位置適宜儲藏何種食品進(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)計電冰箱制冷系統(tǒng)的時候，第一步就要對系統(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候都是利用壓縮機(jī)排出的過熱氣體對門框進(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。在對冰箱性能受到的防露管的影響進(jìn)行研究的時候，必須要對防露管進(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，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這方面研究有更全面的認(rèn)識。

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