计算流体力学在冷库优化中的应用研究进展

　　计算流体动力学(computational fluid dynamics，简 称CFD)是流体力学的一个分支，用于求解流体的流动和传热问题[1]。常有的软件有FLUENT、PHOENICS以 及CFX等。CFD 最早运用于汽车制造业、航天事业及核工业。近年来，随着计算机的普及以及CFD程序本身的不断完善，国内外CFD的运用领域被不断拓宽，已经涉及到食品灭菌、道路建设、航天科技和纺织工业中各个方面。这是由于CFD计算相对于实际试验研究，可以很灵活的改变各种模拟情况，而且节省了大量的试验成本和时间。

　　CFD在制冷中的应用主要针对制冷设备的优化，其中MyongKuk等[2]运用CFD对热流蒸汽压缩机的内部进行了调查研究，Boukhanouf等[3]对喷射式制冷中的喷射器进行了CFD模拟优化。在冷库优化设计的研究中，虽然CFD已经被运用于冷库运行中各种场的模拟，涉及温度场、气体流场、湿度场、压力场等。然而，由于模拟研究在冷库建模和计算中步骤比较复杂，计算时间较长，而且需要考虑的条件因素繁多，研究者经常会忽略冷库的材料属性、气流和压力的耦合方式、网格的精度等对冷库气流的影响，因此还没有大量的文献记录CFD在冷库优化中的研究成果。目前冷库的CFD模拟研究主要集中在冷库门处的换热研究、空库以及存货状态下冷库内气流场和温度场的分布等。

　　1　CFD技术在冷库优化设计中的应用

　　1.1　CFD对冷库中气流及其影响的模拟

　　冷库气流场直接影响到冷库中的温度场和湿度场等，继而会影响贮藏物的质量。但是很难通过试验测定的方法获得整个冷库的流场，若利用CFD则可以快速、直观地模拟出整个冷库不同时间的气流分布。

　　在对冷库内气流场的研究中，主要是围绕怎样运用CFD技术实现优化设计，使库内气流均匀化、回流最小化、送风形式合理化。胡熊飞等[4]研究发现气流场的涡旋区与风机的进出口风速、冷库的尺寸结构等有密切的关系。冷库设计中，应该尽量避免涡旋区域的出现，因为往往冷库中最差的冻藏效果都出现在涡旋区域，会伴随有很多气流漩涡。为了确定涡旋区的确切位置，荆有印等[5]建立了一个三维的冷库模型，并利用FLUENT对冷库进行模拟，发现在装有吊顶式冷风机的冷库中，涡旋区一般会出现在货物的左上方，并且会随着货物的摆放形式而改变。在冷库建设中，设计者应该设法减少涡旋区的出现或者改变其位置，使其尽量转移至墙角或者冷库顶部等远离货物储存区域，为此许多学者利用CFD模拟研究减少涡旋区的方法。刘妍玲等[6]运用CFD模拟研究了果蔬摆放形式对冷库中气流的影响，模拟中假设气体是不可压缩的和符合Boussinep假设，入口速度和温度分别为2.7m/s和276K。