CFD在冰箱结构优化中的应用现状

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摘 要：文章针对cfd在冰箱结构优化中的应用现状进行了概述，通过分析和介绍冰箱结构优化研究，提出了冰箱结构研究当中存在的一些问题，并且有针对性的介绍了未来的研究方向。

关键词：CFD；冰箱结构优化；应用现状

中图分类号：TB657.4 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2014）23-0062-01

现在人们的生活水平提升很快，因此不仅只是要求冰箱的低温制冷储藏功能，同时还更多的关注食品的保鲜程度以及冰箱自身的耗电量。在这样的背景下，冰箱生产厂家要想使用户日益增长的需求得到有效的满足，就必须要针对冰箱进行更好的设计，唯有如此，其生产的冰箱才能够具有良好的性能，同时能够快速的占领市场。冰箱的设计尽管在最近几年取得了较大的发展，然而在冰箱的实际结构当中仍然存在着较多的问题。本文针对CFD在冰箱结构优化中的应用进行了介绍，希望能够对冰箱设计水平的不断发展起到一定的推动作用。

1 冰箱结构优化的现状分析

冰箱生产厂家普遍比较关注冰箱结构的优化问题，因此不断的对冰箱结构的优化进行分析和研究，虽然在这一方面已经取得了非常大的进步，然而还是存在着一些问题：

①冰箱保鲜性能由于不合理的冰箱内部结构而变差。

②冰箱耗电由于不恰当的防漏管布置而上升。

③冰箱内部受到外界环境通过门封而出现的导热的影响，最终不仅导致冰箱的能耗不断的上升，与此同时，冰箱门封的周围还会长期的处于温度较高的环境当中，因此会进一步的使食品的储藏受到较大的影响。

④冰箱内部会因为受到内置式换热器的影响而出现能耗不断增加的现象。

通过上述分析我们可以发现，在对冰箱性能进行改善的时候，应立足于冰箱结构的优化，能够有效的减少冰箱能耗量以及其提升食品冷藏功能。

然而在设计冰箱的时候大多数企业仍然采用传统的设计方式，这种设计方式浪费时间以及精力。在对冰箱进行结构优化的时候利用CFD能够节省大量的时间，具有较大的优势。

2 CFD在冰箱箱内流场和温度场数值中的应用分析

冰箱内的温度分布、空气流场与食物在冰箱内的保存质量具有十分密切的关系，与此同时，冰箱的温度场与冰箱的耗电量也具有较大的关系，所以在冰箱的设计过程中必须重视优化其温度场与流场。不能够只依赖于简单的代数方程来进行计算，也不能够单纯的实践来完成，这是由于在对各参数对流场的影响进行系统测试时往往具有较大的工作量，而且还需要将很多传感器布置在流场当中才能够进行测量，但是这样会使流场受到一定程度的破坏。因此在近年来进行流场计算和优化的时候往往采用数值模拟的方式来进行。通常可以将冰箱划分为两种，间冷式冰箱和直冷式冰箱，在很多地方两者都具有较大的不同，因此在这里分别对两种冰箱进行讨论。

2.1 分析直冷式冰箱箱内的温度场和流场

由于计算流场具有较大的复杂性，所以很多研究人员对冰箱结构的对称性进行了考虑，为了促进模型的简化，开始只研究了其中的二维流场。在研究的过程中，一些学者将边界条件看作是冰箱两个蒸发器温度以及表面温度，这样就将在周期性非稳态工况下给出了冰箱的计算温度场以及速度场的结果。但是这种方式却忽视了冰箱温度场受到的门封处的漏热和防露管等的影响，同时也没有对腔体内表面中的辐射换热进行考虑，因此计算结果存在着较大的误差。要想将完全符合冰箱实际工作情况的结果计算出来，必须采用非稳态以及三维的并且对内壁面之间辐射进行充分考虑的计算模型。采用这种方式能够整体求解三维稳态的冷冻箱内部速度场、压力以及温度。

2.2 分析间冷式冰箱箱内温度场以及流场的数值

在今后的发展中，间冷式冰箱具有十分显著的优势，所以必须要对间冷式冰箱进行科学的研究。有学者在对间冷式冰箱的温度场以及流场进行计算的时候采用了PHOENICS软件，从而建立了三维稳态数值模拟，并且研究了浮生力在间冷式制冷装置中的影响，最后证明了流场和温度场受到浮生力的影响较小。在制冷对象的换热过程中，各个固体如果具有较大的壁面温度差时，辐射就会产生相当大的对传热。

3 CFD在冰箱内置式换热器中的研究现状分析

作为冰箱向外界放热的装置，家用冰箱用冷凝器具有非常重要的作用。钢丝管冷凝器在现在的冰箱当中比较常见，然而这种冷凝器的美观性较差，而且容易损坏，由于其位于冰箱的表面，因此非常容易出现灰尘堆积，这样就使其污垢热阻变得较大，进一步的降低冷凝器的换热能力。正因为存在着诸多缺点，所以现在越来越多的应用内置式冷凝器。

有学者建立了内置式冷凝器的仿真模型，然后对其传热特性进行分析。结果显示，相对于实验值而言，冷凝器换热量的计算值要超出10%。之所以会出现这个误差，是因为没有充分的考虑冷凝器通过发泡层传导的热量。还有的学者针对两种内藏式蒸发器进行了研究，并且比较了常用的管板式蒸发器的换热性能、经济性、可靠性以及工艺性，从而进一步说明了内藏式蒸发器的应用前景。

4 CFD在门边结构和防露管中的研究现状分析

冰箱的门边结构通常被划分为两种，也就是无门架和有门架。外界热量进入冰箱的箱内通常会利用两种方式，门封导热和冰箱侧壁。通过对两种门边结构在相同条件下产生的对箱内温度场渗热影响的比较，然后进一步分析门附近的温度场，对该位置适宜储藏何种食品进行考虑，这样就能够很好的指导用户如何能够更好的使用冰箱。

在设计电冰箱制冷系统的时候，第一步就要对系统管路的走向问题进行充分的考虑，冰箱的节能在一定程度上会受到防露管的布置和走向的影响。很多冰箱生产厂家在防止凝露的时候都是利用压缩机排出的过热气体对门框进行加热从而使门框的温度上升的方式。在这种方法当中过热气体往往具有较高的温度，而且与冰箱内部具有较大的温度差，从而使箱内的漏热量增加，因此十分不利于能耗的降低。在对冰箱性能受到的防露管的影响进行研究的时候，必须要对防露管进行合理的布置，不仅要具有防结露的作用，同时还要实现节能的目的。

5 结 语

在冰箱的结构优化中，CED具有一定的优势，现在很多冰箱生产企业都在冰箱结构的优化中运用到了CFD，并取得了很多成果，因此针对这方面的研究成果进行总结具有非常重要的意义，希望本文能够帮助大家对这方面研究有更全面的认识。

参考文献：

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