边界条件冰箱保温层隔热特性研究.ppt

课题来源： 西安交大-新飞集团战略合作重点研究项目——“冰箱产品快速设计系统研究” 研究背景 冰箱节能存在巨大的潜在价值 中国目前的冰箱保有量已达1.3亿台，冰箱用电已占居民用电的50%。未来十五年内中国冰箱平均每年耗电将达到400亿度以上，相当于三峡水电站年最高发电量的一半，如果全部采用节能冰箱，每年可节约的电力相当于葛洲坝水电站发电量的一半以上。 影响冰箱能耗的关键因素 提高保温层的隔热性能可以延缓冷量的损失，缩短压缩机的开机时间，减少制冷启动次数，达到节能降耗的目的。 冰箱的能耗与箱内的温度场和流场有着密切的关系，按照冰箱的测试要求，冷藏箱中三个测试点的温度必须在0℃ 和10℃ 之间，而且平均温度在开停机过程中必须在5℃以下，如果箱内空气温度场差异很小的话，上述要求是很好满足的，而且冰箱的开机和停机时间都可以定得较长，开停机的次数就较少，开停机的损失也就少了，这就达到了节能的目的。 食物保鲜依赖均匀合适的温度 除真空保鲜技术之外，其他所有的保鲜技术无一例外的要在合适的温度下才能达到预期目的，每一种食品都有一个最佳的存储温度和湿度，温度过高或过低都有可能造成食品的提前变质，并且在等压强下湿度与温度也有密切关系，温度决定了空气中的饱和水汽量，温度越高饱和水汽量会越大，空气的绝对湿度会增大。因此，合理均匀的冰箱间室温度是食品保鲜的关键，其他技术则只属于一种从属辅助手段。 CAE技术在冰箱设计中的应用 目前许多企业在设计冰箱时采用的还是传统的经验设计方法，通常都是在现有冰箱的基础上做一些改动，来尝试提升冰箱的性能，而对新式冰箱的评估则是进行一系列的试验测试，这样往往会造成开发周期过长，耗费人力物力，但是如果将CAE技术（ANSYS分析技术和CFD分析技术）运用到冰箱设计中，则可以大大缩短开发时间，完成多种设计方案评估，减少对模具和制作费用的投入，提高企业对市场的快速适应能力。 研究现状 冰箱箱内温度场及流场的研究现状 封闭腔内的自然对流换热问题 国外学者：Elder、Gill；Bejan和Tien；Chu 、Jones 、 L.R.Oellrich 国内学者：凌长明、陶文铨 、周湘江、凌长明 、丁国良、杨茉等 数值计算——软件模拟、二维模型——三维模型、单一因素——耦合因素的过程。 箱内的流动多简化为层流来处理，有些学者考虑了内冷源和内热源的影响。有些学者对箱内的温度场影响因素也做了研究，并提出了结构方面的改进意见，但是没有全面的研究影响温度场的各种因素，比如本身结构因素（搁架与门间距、搁架与后壁间距等），尤其是缺乏外界因素（环境温度、箱内湿度、冷藏蒸发器温度）对箱内温度场的影响分析。 本文针对这方面的不足，通过紊流模型和流固共轭传热模型探索影响箱内温度分布的主导因素，提出改进意见，为冰箱的进一步优化设计提供理论参考。 保温层研究现状 传统硬质聚氨酯泡沫保温层 热导率一般在0.027w/m.k 粘接性好，流动填充性好 成型工艺简单，成本低，重量轻 对环境有污染 真空绝热板应用于冰箱保温层 导热系数一般为0.005w/m.k VIP价格比较高 1994年以后，VIP在冰箱中开始应用 日本用量较大，欧洲次之，美国较少 中国VIP处于研发阶段，市场处于启动阶段 （兰州物理研究所 、长岭集团 、厦门高特高新材料有限公司等） 研究意义 （1）系统的研究了直冷冰箱箱内温度场及其分布，详细阐明了各个因素对于温度场及温度分布的影响，提出了一些原则性的改进意见，为冰箱的进一步优化设计提供了参考和理论依据。 （2）通过对箱内温度随时间的变化分析，提出了有利于节能的温控器温度调节策略，减少了压缩机的工作时间，这不仅为温控器的设计提供了重要依据，更重要的是能够达到较好节能的目的，有着实际的工程应用价值。 （3）研究了传统保温层厚度与等效传热系数之间的关系，提出了经济合理的传统保温层厚度，这为传统保温层的优化设计提供了依据。 （4）设计了新型绝热层结构，并将其应用到冰箱发泡层当中构成新型保温型式，通过对比分析发现，其隔热性能与目前市场先进的真空绝热板媲美，强度满足工作需要，而且成本相对较低。新型保温层不仅提高了冰箱保温层的隔热性能，降低了冰箱的能耗，而且对于改善冰箱内的温度分布起到了积极地作用，达到了节能和保鲜的双重目的。这是本文研究工作实用价值的重要体现。 技术路线 电冰箱概述 结构组成 工作原理 冰箱中的传热和流动 冰箱中热量传递 热传导 对流换热 辐射换热 冰箱中的流动 层流 湍流 过渡态 流体的流动状态一般用雷诺数判定。 一般管道流动 Re＜2000为层流状态， Re＞4000为紊流状态， Re＝2000～4000为过渡状态。 箱内空气的自然对流（b所示） 箱内流动状态判断 瑞利准则 当