卧式陈列柜风幕热卷吸系数的关联式模型

　　卧式陈列柜作为食品冷藏链的重要环节,在超市和商场中的应用十分广泛.目前,卧式陈列柜一般采用单层风幕将柜内货物与柜外环境隔开,以保护柜内的冷藏食品不受外界热环境的影响.因此,风幕的隔热性能对柜内食品的储藏质量影响很大.

　　风幕的隔热效果是通过热卷吸系数来体现的[1-3].在相同的风幕出口温度下,热卷吸系数越大,则风幕的回风温度越高,意味着风幕的隔热效果越差,通过风幕的显热换热量越高,需要选配的制冷压缩机越大.

　　风幕的热卷吸系数可以通过3种方法获得:¹通过实验测试风幕的平均回风温度而计算得到[1,4].这种方法的结果可靠但测试费用较高,而且其结果只适用于特定的陈列柜结构以及送风参数和环境参数,不能推广到其他情形.º采用计算流体力学(CFD)方法模拟陈列柜的风幕流动与换热特性,从而求出风幕的热卷吸系数[1-8].这种方法可以方便调节不同的陈列柜结构参数、风幕送风参数和环境参数等,其结果更具普遍性.然而,由于陈列柜风幕流动是高度复杂的紊流流动,对其进行精确模拟十分困难,而且CFD模拟花费的时间也很长.»将风幕的热卷吸系数转化为其影响因素的关联式.例如,文献[9-10]中研究了在CFD模拟结果的基础上,分别回归建立立式陈列柜的有量纲和无量纲形式的关联式模型,并获得了较好的计算结果.

　　目前,针对卧式陈列柜风幕的热卷吸系数关联式模型的研究还不多见.鉴于此,本文基于CFD计算结果,回归建立了卧式陈列柜风幕热卷吸系数的关联式模型,并将其计算结果与相应的实验测试结果进行对比.

　　1 卧式陈列柜风幕热卷吸系数的关联式建立

　　一般地,卧式陈列柜只有单层风幕,其外形结构见图1.图中:D为风幕送、回风口之间的水平距离;W为风幕宽度;H为风幕到柜底的距离;us为风幕速度;Ta、Ts和Tr分别为柜外环境温度、风幕送风温度和风幕回风温度,下标a、s和r分别表示环境、送风和回风.

　　对于图1所示的陈列柜,其风幕的热卷吸系数可定义为[1-3]

　　由于X是一个无量纲的量,为了便于分析,以下关联式模型中的量采用无量纲形式。

　　图2为风幕流动与换热情况示意图.

　　由图2可以列出以下流动与换热方程及边界条件.

　　连续性方程为

　　x方向的动量方程为

　　y方向的动量方程为

　　式中:u、v分别为x和y方向的速度;Q、L分别为空气的密度和动力黏度;g为重力加速度(9.8 m/s2);$Qg表示作用在风幕上的体积力为重力与浮力之差,即$Qg=(Q-Qa)gU(Qs-Qa)g.