果蔬氣調(diào)保鮮液氮充注汽化模型的構(gòu)建與驗證

夏晶晶+王廣海+呂恩利+侯可明

摘要：為預(yù)測果蔬氣調(diào)保鮮液氮充注汽化器的出口溫度，搭建了液氮充注汽化試驗平臺，構(gòu)建了汽化器的汽化模型，總結(jié)了不同翅片間距、迎面風(fēng)速條件下對應(yīng)汽化器的出口溫度，利用MATLAB軟件對該汽化模型進(jìn)行數(shù)值求解；開展液氮充注試驗，測得汽化器出口溫度在不同翅片間距、迎面風(fēng)速等條件下的實(shí)際數(shù)值，并與汽化模型的數(shù)值計算結(jié)果進(jìn)行對比。結(jié)果表明，汽化模型求解結(jié)果與試驗結(jié)果的總體趨勢保持一致，誤差較小，驗證了模型的準(zhǔn)確性，為果蔬氣調(diào)保鮮液氮充注汽化器進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計提供了理論基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：果蔬；氣調(diào)保鮮；液氮充注；汽化模型；出口溫度；翅片間距；迎面風(fēng)速

中圖分類號： TS255.3

文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

文章編號：1002-1302（2016）04-0374-03

液氮充注式氣調(diào)方式是國內(nèi)外較為先進(jìn)的果蔬保鮮貯藏和運(yùn)輸技術(shù)，具有效率高、成本低等優(yōu)點(diǎn)。液氮蘊(yùn)含巨大的冷能，進(jìn)行液氮充注時汽化器出口溫度過低會對果蔬造成冷害[1-4]，為了更精確預(yù)測果蔬氣調(diào)保鮮液氮充注汽化器的出口溫度，有必要建立汽化器的汽化模型。蘇海林通過研究翅片管換熱器的結(jié)霜機(jī)理優(yōu)化設(shè)計了換熱器結(jié)構(gòu)[5]。陳瑞球等結(jié)合試驗，研究低溫條件下肋片管蒸發(fā)器結(jié)霜對傳熱性能的影響，分析了肋片間距、相對濕度、風(fēng)速和傳熱系數(shù)的關(guān)系[6]。王云龍等運(yùn)用一系列經(jīng)驗公式對翅片管換熱器、汽化器、蒸發(fā)器進(jìn)行設(shè)計計算及研究[7-15]。針對液氮充注式汽化器的理論研究還相對較少。本試驗結(jié)合低溫?zé)峤粨Q的經(jīng)驗公式對液氮充注式汽化器換熱特性展開研究，利用理論公式、經(jīng)驗公式建立了汽化器的汽化模型，并對該模型進(jìn)行計算求解，通過試驗對比驗證模型的準(zhǔn)確性，為果蔬氣調(diào)保鮮液氮充注汽化裝置的設(shè)計提供了參考依據(jù)。

1 試驗裝置

如圖1所示，液氮充注式汽化器主要由盤管、翅片、進(jìn)液管、出氣管和兩端的端板組成，通過機(jī)械脹管的方式在盤管上加裝翅片，可以增大傳熱面積[16]，提高汽化器的換熱效果，加快液氮的汽化速率。汽化器的結(jié)構(gòu)參數(shù)如下：盤管選用9.5 mm×1.0 mm的紫銅管，單根管長850 mm，總管數(shù)為16根，沿空氣流動方向的管排數(shù)為2排，管束按正三角形叉排排列，翅片為平翅片，翅片長200 mm，寬45 mm，翅片厚度為 0.3 mm。根據(jù)試驗需要，按翅片間距不同共設(shè)計加工了4套汽化器，其翅片間距分別為4、5、6、7 mm。

銅管外徑D0=9.5 mm，翅片厚度δf=0.3 mm，翅片間距Sf=5 mm，管中心距S1=25 mm，沿氣流流動方向管間距S2=S1cos30°=25×3/2=21.65 mm，管內(nèi)徑di=7.5 mm，套片后管外徑db=D0+2δf=10.1 mm，紫銅管壁厚δ=1 mm，根據(jù)經(jīng)驗值可知紫銅管熱導(dǎo)率λ=393 W/（m·K） 。

2 汽化模型構(gòu)建

從圖2可以看出，隨著汽化器翅片間距的增大，汽化器出口溫度的預(yù)測值和試驗值均逐漸下降，整體趨勢基本一致，翅片間距為7 mm時預(yù)測值與試驗值的差值最小。從圖3可以看出，隨著迎面風(fēng)速的增大，汽化器出口溫度的預(yù)測值、試驗值均逐漸升高，整體趨勢一致，預(yù)測值和試驗值的誤差較小。通過與試驗值進(jìn)行對比，進(jìn)一步驗證了液氮汽化模型的準(zhǔn)確性。

4 結(jié)論與討論

為了預(yù)測液氮充注式汽化器的出口溫度，建立了汽化器的汽化模型，并對模型進(jìn)行計算求解，得出汽化器出口溫度的預(yù)測值，并與試驗值進(jìn)行了驗證，結(jié)果表明：預(yù)測值與試驗值整體變化趨勢基本一致，數(shù)值誤差較小，液氮汽化模型構(gòu)建合理，數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，為果蔬氣調(diào)保鮮液氮充注汽化器進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計提供了理論基礎(chǔ)。

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