野外折叠冰箱温度场仿真设计

　　1 引言

　　野外折叠冰箱[1]结合模块化和一体化设计理念，保温外罩、折叠框架与制冷主机有机集成，展收迅速，折收后携运方便[2]。 该设备采用压缩机强迫冷风循环结构 ，制冷迅速均匀 ，储藏室空间大，设计新颖，能够满足恶劣环境下医用温度敏感物资的野外储存需求，勤务适应性强，因此在医用物资野外应急贮存方面应用前景广阔[3]。 由于折叠冰箱保温外罩为柔性化设计， 故保温层的材料选择和厚度成为影响折叠冰箱性能的关键参数;如果保温层太厚则不容易完成折叠，太薄保温效果又会较差。 本研究拟采用FLOEFD 软件建立温度场及流体风场的模型， 以期找到保温层设计的合理厚度和折叠冰箱的最大有效容积。

　　EFD是工程流体动力学的简称，FLOEFD 是新一代流体动力学分析的革命工具， 全球唯一完全嵌入三维机械CAD 环境中高度工程化的通用流体传热分析软件，真正实现了仿真分析流程与设计流程的无缝结合，成为流动、换热相关产品开发/设计工程师的高效开发工具[4]。FLOEFD 相比于传统的CFD 分析软件，对使用者的CFD 专业背景和经验要求大大降低，不但可以令专业CFD 专家更快捷方便地开展CFD 分析工作，非CFD专业背景的机械/电子产品工程师也能快速掌握使用[5]。

　　2 折叠冰箱简介

　　折叠冰箱由底座、折叠机构和柔性保温外罩组成，实物照片如图1 所示。底座主要由保温夹层结构、强迫冷风循环和压缩机制冷系统等3个部分组成。 保温箱体采用全塑化一体成型技术， 结合聚氨酯均匀发泡工艺在箱体夹层形成有效的保温绝热效果。 折叠结构主要包括折叠框架、搁物托盘、箱体支撑架等3个部分， 折叠框架由可拆卸折叠杆和铰链连接扣组成。图2 为折叠冰箱风道结构，主要包括压缩机与冷凝器的外部散热风道和系统制冷的内部风冷循环风道[6]。

　　3 折叠冰箱温度场仿真及试验验证

　　3.1 仿真环境及自身参数设置

　　折叠冰箱的底座是由聚乙烯滚塑而成，中间填充聚氨酯形成隔热腔体，在仿真模型中将整个底座的材料视为聚氨酯，底座的表面设置传热系数为0.5(为聚乙烯的导热系数)。折叠冰箱的柔性外罩由中间的橡塑保温层、保温层两侧的防辐射铝箔布以及外层的迷彩帆布依折叠框架的外形需求缝合而成，橡塑的导热系数为0.035 W/(m·K)，和聚氨酯的导热系数相同 ，故将柔性保温外罩的材料在仿真模型中也视为聚氨酯。搁物托盘和风扇安装板材料为中碳钢，蒸发器材料为铝。折叠冰箱中放置的物品材料设置为聚四氟乙烯 (接近药品外包装的导热系数和比热)。折叠冰箱外部及内部循环的气体为空气，环境压力为1atm(1atm=101.325 kPa)，环境温度为43 ℃(野战折叠冰箱工作的最高额定温度)。空气的比热率为1.399(CP/CV)，热传导系数随温度变化曲线如图3 所示。各组成部分材料及仿真参数见表1。