基于Fluent的風(fēng)冷冰箱結(jié)霜化霜控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

韓士萍，馬　輝

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基于Fluent的風(fēng)冷冰箱結(jié)霜化霜控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

韓士萍，馬輝

（六安職業(yè)技術(shù)學(xué)院，安徽六安 237158）

該設(shè)計(jì)方案提出運(yùn)用風(fēng)冷無(wú)霜技術(shù)，分析冰箱在不同因素影響下的溫濕度、氣流場(chǎng)和耗電量變化，在此基礎(chǔ)上利用Fluent中一些成熟的模塊對(duì)冰箱整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行建模仿真，由此設(shè)計(jì)硬件電路來(lái)完成風(fēng)冷冰箱控制器的研究?；诶碚撆c實(shí)踐分析相結(jié)合的風(fēng)冷無(wú)霜冰箱控制策略方案是可行的。

結(jié)霜；化霜；風(fēng)冷冰箱

由于風(fēng)冷無(wú)霜冰箱在冰箱行業(yè)中研發(fā)、制造、生產(chǎn)和銷售的比例越來(lái)越大，但風(fēng)冷無(wú)霜冰箱在制冷結(jié)霜保濕除霜過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生冷熱交替，消耗較多的能量，制冷設(shè)備的高效節(jié)能降耗是緩解能源緊張、可持續(xù)發(fā)展的途徑之一和研究熱點(diǎn)，因此開發(fā)出一套比較實(shí)用的風(fēng)冷冰箱結(jié)霜化霜加熱保濕控制模型，優(yōu)化風(fēng)道設(shè)計(jì)，提高制冷系統(tǒng)的效率具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)冰箱溫度均勻性進(jìn)行了大量研究，采用DPIV粒子成像技術(shù)對(duì)冰箱內(nèi)部流場(chǎng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，展示了箱體內(nèi)結(jié)構(gòu)布局和出風(fēng)口布局對(duì)各間隔室內(nèi)流速和流量的影響,但PIV技術(shù)成本太高，試驗(yàn)周期和檢測(cè)過(guò)程也很長(zhǎng)[1-4]；上海交通大學(xué)丁國(guó)良等通過(guò)CFD分析冰箱存在的溫度不均勻性,提出增添軸流式風(fēng)扇并優(yōu)化出風(fēng)口截面形狀等[5]；臺(tái)灣明道大學(xué)楊愷祥等采用EFD.Lab研究重力作用和風(fēng)口布局對(duì)箱內(nèi)流場(chǎng)和溫度場(chǎng)的影響[6]。風(fēng)冷熱泵室外側(cè)蒸發(fā)器極易結(jié)霜，霜在換熱器表面的沉積增加了冷壁面與空氣間的導(dǎo)熱熱阻，惡化了傳熱效果；同時(shí)，霜層的增長(zhǎng)產(chǎn)生的阻塞作用大大增加了空氣流過(guò)換熱器的阻力，在以風(fēng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的換熱器中造成氣流流量下降，使蒸發(fā)器的換熱量大大的減少[7]。各國(guó)學(xué)者對(duì)簡(jiǎn)單的幾何形面物體，如平板、圓柱、同心圓等結(jié)霜的研究已經(jīng)進(jìn)行的比較深人[8]，但對(duì)于翅片管蒸發(fā)器結(jié)霜的研究相對(duì)較少，部分學(xué)者進(jìn)行了翅片管式蒸發(fā)器結(jié)霜的研究，但僅限于研究空氣參數(shù)對(duì)換熱器結(jié)霜的影響，而很少研究片管式蒸發(fā)器結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)結(jié)霜的影響，因此目前十分缺乏蒸發(fā)器優(yōu)化設(shè)計(jì)的依據(jù)?；贔luent的風(fēng)冷冰箱結(jié)霜化霜控制系統(tǒng)研制方案設(shè)計(jì)解決風(fēng)冷冰箱的結(jié)霜化霜控制技術(shù)和制冷間室氣流場(chǎng)仿真模型，達(dá)到翅片式蒸發(fā)器的合理設(shè)計(jì)、風(fēng)道口的最優(yōu)結(jié)構(gòu)和一整套的風(fēng)冷冰箱結(jié)霜化霜控制系統(tǒng)。

1 設(shè)計(jì)思路

主要是在分析國(guó)內(nèi)外研究基礎(chǔ)上，針對(duì)風(fēng)冷冰箱樣機(jī)進(jìn)行大量的實(shí)驗(yàn)測(cè)試，包括不同工況下的耗電量、出風(fēng)特性、翅片式蒸發(fā)器化霜結(jié)霜特性和制冷間室溫濕度監(jiān)測(cè)實(shí)驗(yàn)；針對(duì)冰箱整個(gè)系統(tǒng)的工作進(jìn)行理論研究，并有針對(duì)性地完成了對(duì)翅片式蒸發(fā)器和風(fēng)道結(jié)構(gòu)的數(shù)學(xué)模擬計(jì)算，分析蒸發(fā)器結(jié)霜化霜周期和風(fēng)門風(fēng)道送風(fēng)之間的變化關(guān)系，進(jìn)而提出合適的控制系統(tǒng)和風(fēng)道結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法，并通過(guò)建立數(shù)學(xué)模型，對(duì)風(fēng)道和冷藏室進(jìn)行三維內(nèi)流場(chǎng)數(shù)值計(jì)算，通過(guò)最終實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)風(fēng)冷無(wú)霜效果進(jìn)行分析對(duì)比。

2 設(shè)計(jì)目標(biāo)

本設(shè)計(jì)方案的研究對(duì)象是風(fēng)冷無(wú)霜冰箱，采用智能化霜除霜控制系統(tǒng)，運(yùn)用Fluent軟件建模分析風(fēng)道結(jié)構(gòu)和內(nèi)部流場(chǎng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)冰箱冷藏室和冷凍室的精確溫度控制，達(dá)到無(wú)霜和節(jié)能的目標(biāo)。

3 設(shè)計(jì)方案

（1）冰箱制冷系統(tǒng)中的各個(gè)部件都會(huì)對(duì)冰箱的性能產(chǎn)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(cè)試參數(shù)進(jìn)行研究對(duì)實(shí)驗(yàn)效果會(huì)產(chǎn)生很大的影響。如圖1所示為環(huán)境溫濕度與冰箱性能關(guān)系圖。

圖1 環(huán)境溫濕度與冰箱性能關(guān)系圖

（2）在各測(cè)試參數(shù)中，制冷間室溫濕度，環(huán)境溫濕度、風(fēng)道結(jié)構(gòu)和翅片式蒸發(fā)器的結(jié)霜化霜特性對(duì)風(fēng)冷冰箱間室溫度差和耗電量起到關(guān)鍵影響，具有比較高的研究?jī)r(jià)值，因此選擇這三個(gè)參數(shù)作為實(shí)驗(yàn)測(cè)量數(shù)據(jù)。采用Fluent軟件對(duì)冰箱制冷間室氣流場(chǎng)進(jìn)行建模。整個(gè)測(cè)試系統(tǒng)原理如圖2所示：

圖2 測(cè)試系統(tǒng)原理示意圖

（3）采用冰箱性能測(cè)試實(shí)驗(yàn)室、冷藏、冷凍間室布置溫度傳感器，實(shí)驗(yàn)室間室布置溫濕度傳感器，翅片蒸發(fā)器附近布置攝像頭，通過(guò)工業(yè)計(jì)算機(jī)實(shí)施查看各參數(shù)的變化。

（4）設(shè)計(jì)一種結(jié)霜化霜加熱保濕控制器，通過(guò)軟件建模過(guò)后的參數(shù)計(jì)算優(yōu)化，設(shè)計(jì)控制器的硬件電路和程序編寫，通過(guò)實(shí)際實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證，驗(yàn)證過(guò)程中同樣不斷調(diào)整參數(shù)，完善建立的模型。

（5）控制器安裝的位置和外部塑殼的保護(hù)性，風(fēng)道風(fēng)門的設(shè)計(jì)充分考慮氣流場(chǎng)的數(shù)學(xué)模型，完成樣機(jī)的制作。

4 結(jié)束語(yǔ)

該設(shè)計(jì)方案運(yùn)用風(fēng)冷無(wú)霜技術(shù)，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(chǎng)和耗電量變化，在此基礎(chǔ)上利用Fluent中一些成熟的模塊對(duì)冰箱整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行建模仿真，由此設(shè)計(jì)硬件電路來(lái)完成風(fēng)冷冰箱控制器的研究。綜上所述，基于理論與實(shí)踐分析相結(jié)合的風(fēng)冷無(wú)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(zé)任編輯：張時(shí)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(jí)高校自然科學(xué)研究項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：KJ2016A686）。

韓士萍（1974-），女，安徽壽縣人，副教授，方向；機(jī)電一體化。