单系统冰箱仿真软件研制与冷冻室温度不均匀性优化

摘要

提高冰箱设计与分析效率、降低冰箱能耗是冰箱行业的重要课题。本文作者针对这两个方向开展了以下研究工作。
　　 首先，建立了针对单系统三室直冷冰箱的系统动态仿真模型，编制了仿真软件，实现了冰箱性能（开机率、能耗、仓室温度）的仿真计算，该软件可用于旧冰箱性能评估或新冰箱设计方案优化。
　　 其次，建立了针对直冷冰箱冷冻室内稳态自然对流流场与温度场的数值计算模型，利用该模型计算结果提出了降低冷冻室温度不均匀性的优化方案。
　　 再次，实际测量了某冰箱改进前后冷冻室温度不均匀性，针对该冰箱的实验结果表明:仅通过简单的蒸发器结构改进和蒸发面积再分配就可将冷冻室温差由5.7℃降低至3.8℃，改进效果明显，证明了优化方案的正确性，也说明将数值模拟方法用于方案设计是可行的。
　　 最后，采用动态蒸发温度条件计算了冷冻室温度不均匀性，结果表明:动态模型较之稳态模型与实验结果更接近。
　　 需要说明的是，本文所开发的冰箱系统动态仿真软件的计算精度不仅与所用模型有关，还与所用的经验数据有关，如何改进模型、利用更合适的修正方法以提高计算精度尚需进一步研究;同时，采用数值模拟方法虽然定性上可为冷冻室温度不均匀性改进提供优化方案，但在定量上其预测精度尚待提高。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 课题背景

1．2 冰箱仿真研究进展

1．3 封闭空间自然对流问题研究进展

1．4 本文主要工作

2 单系统直冷三室冰箱仿真软件研制

2．1 问题描述

2．2 单系统直冷冰箱组成

2．3 各部件模型的建立

2．3．1 压缩机模型

2．3．2 冷凝器模型

2．3．3 毛细管模型

2．3．4 蒸发器模型

2．3．5 仓室空气温度模型

2．3．6 围护结构模型

2．4 充注量计算

2．5 能耗及开机率计算

2．6 换热系数

2．6．1 管内单相对流

2．6．2 R134a对流凝结

2．6．3 R134a对流蒸发

2．6．4 R600a对流凝结

2．6．5 R600a对流蒸发

2．7 整体仿真算法设计

2．8 软件界面与典型结果

3 冷冻室温度不均匀性改进方案优化

3．1 问题描述

3．2 改进方法

3．3 数学模型与解法

3．3．1 控制方程的建立

3．3．2 初始及边界条件

3．3．3 方程离散化

3．3．4 代数方程求解

3．4 研究对象模型的建立和网格划分

3．5 结果与讨论

3．5．1 原机工况

3．5．2 蒸发器结构优化

3．5．3 蒸发器各层配比优化

3．5．4 冷冻室箱体结构优化

3．6 小结

4 冷冻室温度不均匀性测试

4．1 原机工况

4．2 工况1测试结果

4．3 工况2测试结果

4．4 小结

5 动态边界条件下温度不均匀性研究

5．1 空载工况

5．1．1 冷却速度实验和模拟对比

5．1．2 各层空气域中心温度

5．2 加载工况

5．3 小结

6 结论

致谢

参考文献