冷藏展示柜冷却风道的设计及数值模拟

　　1 引言

　　在酒店点菜房等使用的冷藏展示柜，它主要用于短时间存放待烹饪的食品，方便人们观看柜内展示的各种食物并进行点菜等。冷藏柜容积比家用冰箱容积稍大，不适宜采用类似家用冰箱冷凝器的自然对流型式，往往采用强制对流风冷式冷凝器。为方便维护与维修，卧式冷藏柜一般设单独机械室，用于放置制冷压缩机、强制对流风冷翅片式冷凝器和控制器件等。冷凝器和冷却风道的布置要保证冷凝器的冷却效果，在冷却风的流程上可以兼顾压缩机的冷却，同时尽量考虑冷藏柜的美观和实用，如要避免冷却空气从机械室面板的正面吹出使人感到不舒服[1]等。本文以卧式冷藏展示柜的冷却风道为对象，设计并模拟了 3 种型式冷却风道流场，结合冷藏展示柜的结构和实际应用提出了冷却风道优化设计的方向，为冷藏展示柜的优化设计提供了参考。

　　2 物理模型

　　为了使冷却空气流经冷凝器时流动顺畅，阻力小，且兼顾冷却压缩机外表面，3 种冷却风道设计中冷凝器都放置在冷凝风机的进口侧，风机布置在出风口处。考虑到冷藏柜机械室宽度尺寸较小，压缩机与冷凝器宽度尺寸相差不大，因此为简化计算，为设计的 3 种型式的冷却风道沿冷藏柜宽度方向建立了二维计算模型，如图 1 所示( 从下往上分别为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型) ，外形尺寸为 600mm× 300mm。以机械室风道内冷却风为研究对象，取内壁为边界，扣除压缩机占据的流动空间，提取计算域。

　　3 数值模拟方法

　　对于冷却风道的数值模拟，主要考虑机械室内风道结构和冷凝器对空气流动的影响，因此可以不考虑能量方程。采用标准 k - ε 湍流模型。为简化问题，对机械室内空气的流动进行假设: 气体为牛顿流体; 空气流动的为湍流; 在流道内表面的空气满足无滑动的边界条件; 忽略空气流动中的粘性耗散。

　　由质量守恒定律、动量守恒定律得到的控制方程为:

　　式中 u、v 分别为 x、y 方向的流速; ρ、μ、分别为密度、动力粘度; T 为温度; t 为时间。

　　初始条件:

　　边界条件: 各壁面认为是固壁边界，进口边界条件为质量进口( mass flow inlet) ，出口边界条件为压力出( pressure outlet) ，冷凝器为多孔介质阶跃( porous jump) 。

　　采用 Gambit 建立二维模型，将模型按 Quad( 四边形) 单元、Map( 结构网格) 类型，Interval size( 边界分点间隔长度) 为 5 进行划分网格，导入fluent 软件，控制方程采用二阶迎风格式离散，采用 SIMPLE 方法对控制方程进行求解。其中，进口质量流率设定为 2kg/m2s，出口静压为 - 5Pa，空气流经冷凝器的阻力为 25Pa。分别对 3 种冷凝器的冷却风道布置型式进行模拟计算。