夹套式冷库气流组织特性及绿甘蓝贮藏品质的研究

摘要

随着我国经济体制改革和供给侧结构性改革的不断深入，居民物质生活水平的不断提升，人们对高营养价值和易腐败的季节性果蔬产品的需求也越来越高，冷库在贮藏过程中由于技术水平和设计思路的原因，每年会因冷库内的气流组织不合理，温度分布不均匀导致果蔬腐败，造成巨大的损失和浪费。近年来，制冷行业和学术届开始研究如何能够有效地对冷库内气流组织进行优化，夹套式冷库作为一种采用新颖有效气流组织方式的冷库而逐渐受到关注。本课题对夹套式冷库内气流组织特性进行了详细的探索，运用数值模拟和实验方法相结合来探究在温度为0℃时，采用不同送风速度，静压箱高度和两种回风方式，即多种工况下对夹套库内气流组织分布的影响，并采用最佳的气流组织工况，对绿甘蓝的预冷时间和贮藏品质进行实验研究。在研究本课题的过程中，采用数值模拟软件CFX，根据搭建的夹套式冷库的真实尺寸建立了几何模型，生成了非结构化网格，设置了夹套库墙壁、送风口、回风口等位置的边界条件，对各个工况下夹套库内的速度以及温度分布进行了计算求解，探究不同工况下夹套式冷库的温度分布情况和流场变化情况。在随后的实验中，在设计搭建的夹套式冷库中，按照数值模拟相对应的工况设置实验方案，应用无纸记录仪和T型热电偶对夹套库内测点平面的温度进行采集和整理，探索在实验中多种工况下对夹套库内气流组织分布情况。通过模拟和实验的综合分析后，得出了最佳的冷库气流组织工况。在最佳工况下，将购置的新鲜绿甘蓝放入夹套式冷库中，进行绿甘蓝的低温预冷驯化实验和贮藏品质实验，验证最佳工况下夹套式冷库内的温度分布情况对绿甘蓝贮藏品质的影响。
　　本研究主要内容包括：⑴在采用侧下回风口进行回风的工况下，在距离送风口距离较远即贴近地板位置的平面，库内中心测点的温度值比靠近冷库墙壁的测点的温度值低，从库内上部位置高度（z=1.4m）位置到库体底部高度（z=0.2m）位置的温度分布呈逐渐上升趋势，随着静压箱高度的不断增加，夹套库内的温度分布的均匀性逐渐增强，但随着夹套库内送风速度的不断增加，送风口处射流速度的持续增大破坏了静压箱内气流的均匀性，导致库内中心区域的温度分布的均匀性先增加后减小，在D4工况下，库内最高最低温度差值平均值为0.11℃，夹套式冷库内的温度分布情况较好。⑵采用底部回风口进行回风的工况下，在距离送风口距离较近即距离地板位置较远的测点平面，夹套库内中心测点的温度值比靠近冷库墙壁的测点的温度值低，从库内上部位置高度（z=1.4m）位置到库体底部高度（z=0.2m）位置的温度分布呈逐渐上升趋势，随着静压箱高度的不断增加，夹套库内的温度分布的均匀性逐渐增强，但随着夹套库内送风速度的不断增加，送风口处射流速度的持续增大破坏了静压箱内气流的均匀性，导致库内中心区域的温度分布的均匀性先增加后减小，在G3工况下，库内最高最低温度差值平均值为0.09℃，夹套式冷库内的温度分布情况最佳。⑶底部回风方式和侧下回风方式相比，采用底部回风方式时，库内中心区域的送风射流会在果蔬储藏中心区域产生快速的贴壁流动，将中心区域贮藏绿甘蓝的热量快速带走，库内贮藏核心区域的温度为0.27℃，低于夹套库内贴壁处的温度。采用侧下回风方式时，库内回风口的风速要大于库内中心区域的风速，贮藏核心区域的平均温度为0.31℃，高于夹套库内贴壁处的平均温度0.24℃。⑷通过实验发现，在两种回风方下，不同的静压箱高度工况下，库内的温度分布特征整体相似，即从库内上部到库内底部的温度分布呈上升趋势，距送风口处较近的测点温度比距回风口处较近的测点温度低。库内中心测点与库壁测点的温度存在一定温差。其中，G3工况的库内贮藏区域的温度分布最为均匀，中心测点与库壁测点的平均温差最小，为0.09℃。⑸实验与模拟结果表明，夹套库内的静压箱装置和均匀布置的回风口可以有效改善夹套库内的气流组织，相比传统冷库的气流组织形式，夹套库内各个平面的温度波动较小，库内的温度分布较为均匀，库内最高最低温度的差值较小。⑹分析对比模拟计算结果与实验数据，能够发现模拟的计算结果与实验数据之间的误差较小，变化趋势基本一致，验证了本课题中数值模拟的正确性。⑺当送风温度在0℃之间，送风速度为2m/s，静压箱高度为200mm，送风口面积为0.102 m2，采用库底四个均匀布置的底部回风口进行回风时，即G3工况下，夹套库内的气流组织及温度分布最佳，绿甘蓝基本没有腐败，叶片尖端发生少量的褐变现象，失重率较低，数值为1.9％，腐败等级为一级，绿甘蓝的贮藏品质较高。⑻采用0℃送风工况时，高于绿甘蓝的冻结点温度，夹套库内的温度分布均匀，有利于提高绿甘蓝的贮藏品质和食用价值。

目录

声明

第一章 绪 论

1.1 课题研究背景

1.2 冷库气流的组织形式

1.3 冷库气流组织国内外研究现状

1.4 课题研究内容

1.5 课题研究的目的和意义

1.6 课题研究创新点

1.7 本章小结

第二章 模型的建立与求解

2.1 计算模拟软件（CFD）软件的发展

2.2 CFD软件介绍

2.3模型的建立及求解

2.4 本章小结

第三章 数值模拟结果及分析

3.1 侧下回风方式对夹套式冷库各工况流场分布的影响

3.2 底回风方式对夹套式冷库各工况流场分布的影响

第四章 实验研究

4.1夹套库实验台介绍

4.2实验温度采集系统

4.3 实验方法

4.4本章小结

第五章 实验结果与分析

5.1空库状态下不同实验工况下冷库内部温度分布情况研究

5.2 G3工况下，夹套库贮藏绿甘蓝，冷库内部温度分布情况实验研究

5.3绿甘蓝低温预冷驯化时间及冷藏品质实验研究

5.4绿甘蓝低温预冷驯化时间及冷藏品质实验研究结果分析

第六章 模拟结果与实验数据的对比分析

6.1 模拟结果与实验数据的对比分析

6.2 误差分析

6.3 本章小结

第七章 结论与展望

7.1 本课题的结论

7.2 展望

参考文献

发表论文及参加科研情况说明

附录1 热电偶标定拟合公式

致谢