基于Fluent的風冷冰箱結霜化霜控制系統設計

韓士萍，馬　輝

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基于Fluent的風冷冰箱結霜化霜控制系統設計

韓士萍，馬輝

（六安職業技術學院，安徽六安 237158）

該設計方案提出運用風冷無霜技術，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，在此基礎上利用Fluent中一些成熟的模塊對冰箱整個系統進行建模仿真，由此設計硬件電路來完成風冷冰箱控制器的研究。基于理論與實踐分析相結合的風冷無霜冰箱控制策略方案是可行的。

結霜；化霜；風冷冰箱

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

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

1 設計思路

主要是在分析國內外研究基礎上，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、翅片式蒸發器化霜結霜特性和制冷間室溫濕度監測實驗；針對冰箱整個系統的工作進行理論研究，并有針對性地完成了對翅片式蒸發器和風道結構的數學模擬計算，分析蒸發器結霜化霜周期和風門風道送風之間的變化關系，進而提出合適的控制系統和風道結構的設計方法，并通過建立數學模型，對風道和冷藏室進行三維內流場數值計算，通過最終實驗結果對風冷無霜效果進行分析對比。

2 設計目標

本設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，運用Fluent軟件建模分析風道結構和內部流場，實現對冰箱冷藏室和冷凍室的精確溫度控制，達到無霜和節能的目標。

3 設計方案

（1）冰箱制冷系統中的各個部件都會對冰箱的性能產生影響，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進行研究對實驗效果會產生很大的影響。如圖1所示為環境溫濕度與冰箱性能關系圖。

圖1 環境溫濕度與冰箱性能關系圖

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

圖2 測試系統原理示意圖

（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，翅片蒸發器附近布置攝像頭，通過工業計算機實施查看各參數的變化。

（4）設計一種結霜化霜加熱保濕控制器，通過軟件建模過后的參數計算優化，設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整參數，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，風道風門的設計充分考慮氣流場的數學模型，完成樣機的制作。

4 結束語

該設計方案運用風冷無霜技術，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，在此基礎上利用Fluent中一些成熟的模塊對冰箱整個系統進行建模仿真，由此設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合的風冷無霜冰箱控制策略方案是可行的。

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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。