冷庫庫門熱壓滲風(fēng)的仿真研究

劉海波

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

冷庫的冷負荷主要來自三個方面：（1）通過圍護結(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，熱壓滲風(fēng)進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，嚴重時甚至可以達到冷負荷的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 模型驗證

2.1 驗證方法

首先，采用紅外熱成像法對溫度場進行對比。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，通過測試溫度場來驗證模擬結(jié)果。

圖3 測點布置示意圖

其中1 點-7 點距地面高度均為2m；8 點-14 點距地面高度為0.5m；柱子間距1m；1 點、8 點從門外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 不同開度測點布置圖片

2.2 驗證結(jié)果

溫度測點的測試結(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，上下層各測點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情況下冷庫門在開啟后，冷熱空氣進出冷庫的情況。

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。在實際生產(chǎn)操作過程中只有當(dāng)冷庫進出大量貨物，需要有叉車進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，流線密度較大門全開時小了很多，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)逐漸擴展開來，并不斷向庫內(nèi)移動，但是相比于大門全開時，渦旋的移動速度更慢。

圖5 冷庫大門全開時空氣流線

圖6 冷庫大門半開時空氣流線

4 結(jié)論

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