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敞开卧式低温展示柜内冷风幕流动与流动换热分析
2015年05月09日 08:15 中国换热器网
  1射流流动分析为了避免食品的干耗,又能有效地达到隔热0.25!3,文献1中通过优化计算得出展柜的*佳风速为0.25,也验证了这点。由展柜送风隔栅尺寸及实验测得的风速可得出这时的风幕出口雷诺数为200左右。文献2中指出对于射流,当出口雷诺数大于30时,般可认为流动是紊流的。由于射流喷向有定形状的空间,且射流与环境流体存在较大温差,导致射流的密度梯度很大,产生浮力作用,而展柜的送风速度不大,使得浮力作用不能忽视。所以展柜内的流动属于湍浮力射流。  自由对流区根据可视化实验结果可以将展柜内的流场分为5个区分别为风幕射流区自由对流区外回流区内回流区及风幕回流区1为了更清楚地了解风幕与外界的热质交换过程,本文研究系西安交通大学行动计划资助项目下面根据1对各流动区域逐进行分析。  1.1风幕射流区温度低于环境的冷风从送风口吹出后,形成冷射流,其流动遵循自由紊流流动及换热规律。  冷射流与周围静止流体混合,不断卷吸周围静止流体,体积不断增大,形成内外两个射流边界层。  在近射流区,射流核心区温度不受外界影响,保持出口温度。随射流离送风口距离增加,内外边界层逐渐加厚,射流核心区消失,但始终是中间主轴度梯度要大于向内的。  展柜正常工作时,风幕出风温度低,风速也低,同时较大的温度梯度导致明显的密度梯度,射流既受重力的作用又受浮力的作用。射流出口后,在重力的影响下,主轴下弯。为了反映重力和浮力对射流的影响,引人征体积力对射流影响L射流的特性尺度g为折减重力加速度g重力加速度P射流流体的密度pa周围环境流体的平均密度抑征射流所受惯性力与体积力的相对大小。增大时,惯性力作用相对变大,浮力作用相对变小,射流初始动量对流动影响大,当抑=时,浮力作用为零,即射流为动量射流或纯射流;相反,当抑变小时,浮力作用相对变大,当阳=0时,惯性力作用相对为零,为浮力射流或羽流。所以扮是分析变密度射流的个重要的无量纲参数。  例如展柜正常工作时,环境温度为32,射流出口温度是23尤,送风速度为0.25,此时射流的阳数是0.542;而当射流送风温度变为0保,平0.724;射流送风温度为32,保,数趋向于无穷大;当环境温度为32,射流出口温度为23不变,送风速度为0,=0,送风速度为0.513时,阳=1.084.由此可送风温度越低抑数越小,阳数越小明浮力影响越大,这是由于射流和环境流体温度差值较大,力产生的通量比初动量大,这时射流主轴下弯严重,其形状更象羽流而不象射流。当送风温度变时,以数变大,此时射流流体的温度与环境流体温度相差不大,初动量对射流的贡献较大,射流的形状接近纯射流。当送风速度增大时,祝数也随着增大,因初动量变大,反之亦然。所以展柜正常工作时射流主轴会明显下弯。  展柜的风幕射流是受限射流,展柜的尺寸限制了射流的充分发展,射流下弯后,由于展柜底部的限制,部分流体向内折流,形成内回流区,这部分流体还会被主流卷吸,进行循环。内回流区能使展柜内的温度趋于均匀。由于内回流区内的温度低于射流主轴区气流的温度,密度梯度的存在会对主流产生上抬的作用力,从而限制了射流的进步下弯。  由于展柜回风口处存在负压,射至展柜底部的气流绝大部分会流向回风口,形成风幕回流区。  冷射流在射流区卷吸环境空气,并在风幕回流区将等量的空气排回环境,形成外回流区。外回流区是展柜与外界环境发生热质交换的主要场所,风幕的冷损绝大多数是通过外回流区散失的,要减小通过风幕的冷损,关键就是要改变外回流区的特性。  在此区域,外回流区与外界空气进行热质交换并主要遵循自然对流换热规律。  从以上分析可知,内回流区和外回流区是影响展柜性能的主要区域,其中内回流区起到使柜内温度分布均,抬升射流主轴的作用,外回流区的性能影响通过风幕冷损的大小。  普朗特数本身反映了动量扩散和热量扩散的相对大小,丹=0.7说明热量传递时流动形式起主导作用。展柜内外温差高达50,造成流动区域内密度梯度很大,浮力效应成为不可忽略的因素。  温差为500时,展柜内射流的格拉晓夫数为响很大,不可忽略。在密度梯度驱动下,冷风幕不断卷吸周围空气,形成紊流边界。  由于冷风幕出口风速小,浮力影响大,整个区域内的换热不能按强制换热处理。因为在强制对流中,惯性力起主导作用,而在自然对流中浮升力起主导作用。惯性力用雷诺数来描述,浮升力用格拉晓夫数描述,为了更直观地描述这两方面在流动中的作用大小,引入格拉晓夫数与雷诺数办平方的比值并以此作为判断对流形式的依据。般认10时,强制对流的影响可以忽略。对于本展柜为混合流动,既要考虑自然对流又要考虑强制对流。  能量方程7压力温度k比热比Cp定压比热容沿陈列柜宽度的横坐标r沿陈列柜度的纵坐标3.2计算结果及讨论以DW0.3k型卧式低温展柜为对象计算了柜内温度沿柜高的分布,并进行了实验测定。数值计算结果与实验结果基本相符2和大;但射流出口速度也不能太小,太小时射流明显下弯,环境中的空气侵人,与柜内空气混合,冷量损失也会增大,使能耗增加,因此射流出口速度有个*佳值。  4结论建立了描写展柜内空气流动及能量交换的数学模型,并用3以算法对展柜内的混合对流问进行了数值计算。为验证数学模型的准确性,实测了展柜内的温度分布,数值计算结果与实验结果基本相符。  利用该模型研究了展柜内的流动场和温度场,并分析了些参数如射流出口速度对能耗4和5.  比较4和5可以看出,由于射流出口速度的增加,回流旋涡强度增大,冷流体向上抬起,展柜开口附近温度降低,与外界环境温差变大,冷量损失大,能耗增加,因而射流出口速度不宜过1牛璐琳。敞开卧式低温陈列柜冷风幕的流动及换热的研究。西安交通大学硕士学位论文,1996 2余常昭。紊动射流。北京高等教育出版社,1993 710,西安交通大学能动学院制冷与低温系。
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