1 引言

合理的冷藏庫(kù)氣體流場(chǎng)，可以保證冷量的均勻分配，節(jié)約能耗，降低干耗損失，提高貨物質(zhì)量。據(jù)調(diào)查，目前大多數(shù)冷藏庫(kù)的氣流組織欠合理，這是由于冷庫(kù)大多是憑經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)建造的。為了獲取冷藏庫(kù)內(nèi)流場(chǎng)的信息，傳統(tǒng)的方法是進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)量或作流場(chǎng)可視化研究。這些做法在實(shí)際運(yùn)用中都具有很大的局限性，使用成本也很高，而且也不可能獲得整個(gè)流場(chǎng)內(nèi)詳盡的信息。計(jì)算流體力學(xué)（Computational Fluid Dynamics，簡(jiǎn)稱(chēng)CFD）是在經(jīng)典力學(xué)，數(shù)值計(jì)算方法和計(jì)算機(jī)技術(shù)基礎(chǔ)上建立起來(lái)的新型學(xué)科。它通過(guò)建立數(shù)學(xué)物理模型，根據(jù)提供的邊界條件和參數(shù)，可以對(duì)速度場(chǎng)、溫度場(chǎng)、壓力場(chǎng)等諸多物理量進(jìn)行仿真模擬，從而提供流動(dòng)區(qū)域內(nèi)精細(xì)的流場(chǎng)、溫度場(chǎng)，因而通過(guò)CFD研究可以更好地分析冷藏庫(kù)內(nèi)流體的流動(dòng)情況。

近年來(lái)，數(shù)值計(jì)算技術(shù)在食品、制冷等工程實(shí)際中得到了廣泛的應(yīng)用，并取得了相當(dāng)滿(mǎn)意的效果，然而文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，將數(shù)值計(jì)算應(yīng)用于冷庫(kù)方面的研究卻是很少。瞿曉華等人利用CFD技術(shù)對(duì)一小型裝配式冷庫(kù)流場(chǎng)進(jìn)行數(shù)值模擬，分析了流場(chǎng)形態(tài)及各種設(shè)計(jì)參數(shù)對(duì)冷藏庫(kù)內(nèi)流場(chǎng)的影響。研究表明數(shù)值模擬在冷藏庫(kù)流場(chǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)中應(yīng)用切實(shí)可行而且優(yōu)勢(shì)顯著 [1]；王劍鋒等人對(duì)分別屬于兩個(gè)冷庫(kù)的流場(chǎng)進(jìn)行了二維模擬研究，并對(duì)氣流組織進(jìn)行了對(duì)比分析，指出冷庫(kù)流場(chǎng)存在一個(gè)中心大回流，流場(chǎng)的主流有靠近邊界流動(dòng)的趨勢(shì)，無(wú)論是水平還是垂直速度均呈現(xiàn)兩邊大、中間小的格局[2，3]；胡浩等人建立了水果氣調(diào)庫(kù)庫(kù)內(nèi)氣體流動(dòng)、傳熱和傳質(zhì)的非穩(wěn)態(tài)數(shù)學(xué)模型，還根據(jù)水果的呼吸原理建立了貨物區(qū)的傳熱、傳質(zhì)控制方程，采用SIMPLE算法和整體求解的解法對(duì)水果氣調(diào)庫(kù)的降溫、降氧等非穩(wěn)態(tài)過(guò)程進(jìn)行了數(shù)值模擬，但最后的計(jì)算沒(méi)有作進(jìn)一步的驗(yàn)證研究[4]。總之，數(shù)值計(jì)算在冷庫(kù)中的應(yīng)用不多，且基本上處于模型設(shè)計(jì)的階段。

本文對(duì)屬于江浦冷凍廠(chǎng)的一個(gè)果品冷卻物冷藏間進(jìn)行了流場(chǎng)實(shí)測(cè)和數(shù)值模擬計(jì)算，其中模擬計(jì)算主要利用商用CFD軟件FLUENT來(lái)得到三維流場(chǎng)結(jié)果，對(duì)模擬結(jié)果與實(shí)測(cè)值進(jìn)行了比較，取得了較好的一致性，誤差在允許范圍內(nèi)，表明了數(shù)值模擬在冷藏庫(kù)氣體流場(chǎng)設(shè)計(jì)中應(yīng)用的可行性。通過(guò)本文的研究，期望對(duì)冷藏庫(kù)的流場(chǎng)設(shè)計(jì)和改造具有一定的參考價(jià)值。

2 物理及數(shù)學(xué)模型

2.1 物理模型

本文中所研究的冷庫(kù)為上海市江浦冷凍廠(chǎng)的一個(gè)果品冷藏庫(kù)，該庫(kù)的的內(nèi)型尺寸為26.93m（長(zhǎng)）×12.76m（寬）×3.8m（高），空氣冷卻器為兩臺(tái)LFF型8#軸流風(fēng)機(jī)，每臺(tái)風(fēng)量33000m3/時(shí)，轉(zhuǎn)速1450轉(zhuǎn)/分，功率4KW，風(fēng)機(jī)位于墻內(nèi)，通過(guò)一均勻送風(fēng)道將冷量送至冷庫(kù)，該風(fēng)道位于冷庫(kù)中部，離地高1.96m，送風(fēng)道高為44cm，兩邊對(duì)稱(chēng)各突出20個(gè)圓柱狀送風(fēng)口，冷庫(kù)兩邊堆放貨物，貨物為蘋(píng)果。本研究中為簡(jiǎn)化起見(jiàn)，將貨物看成兩貼壁的長(zhǎng)方體，按照冷庫(kù)內(nèi)實(shí)際情況，設(shè)定每個(gè)長(zhǎng)方體尺寸為26.93m（長(zhǎng)）×3m（寬）×2.4m（高），冷庫(kù)及貨物堆放情況由如圖1所示：

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