冷藏箱結(jié)構(gòu)學(xué)術(shù)論文
冷藏箱結(jié)構(gòu)學(xué)術(shù)論文
冷藏箱箱體內(nèi)溫度場(chǎng)與流場(chǎng)的分布均勻性與箱體的結(jié)構(gòu)有著密切的關(guān)系，下面是學(xué)習(xí)啦小編整理的冷藏箱結(jié)構(gòu)學(xué)術(shù)論文，希望你能從中得到感悟!
冷藏箱結(jié)構(gòu)學(xué)術(shù)論文篇一
冷藏箱數(shù)值模擬的研究
【摘 要】冷藏箱箱體內(nèi)溫度場(chǎng)與流場(chǎng)的分布均勻性與箱體的結(jié)構(gòu)有著密切的關(guān)系，數(shù)值計(jì)算方法能夠?yàn)槔洳叵浣Y(jié)構(gòu)優(yōu)化提供一種省時(shí)省力的重要工具。近年來，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，計(jì)算流體軟件CFD越來越多的應(yīng)用于冷藏箱的結(jié)構(gòu)優(yōu)化中。本文介紹了指出了冷藏箱研發(fā)以及使用當(dāng)中遇到的一些問題，并介紹了國(guó)內(nèi)外研究人員使用CFD優(yōu)化箱體結(jié)構(gòu)的經(jīng)驗(yàn)。
【關(guān)鍵詞】冷藏箱;結(jié)構(gòu)優(yōu)化;數(shù)值計(jì)算方法;溫度場(chǎng);CFD
0 引言
隨著社會(huì)的發(fā)展，人們生活水平的提高，對(duì)冷藏箱的需求也越來越大，同時(shí)對(duì)冷藏箱的要求也越來越高，不僅要求能夠更好的保存物品的質(zhì)量，而求要求能夠節(jié)能和環(huán)保。如何設(shè)計(jì)能夠更好地滿足用戶要求的冷藏箱是各個(gè)生產(chǎn)廠家面臨的主要問題。目前冷藏箱仍然面臨著一些問題，比如箱體內(nèi)部溫度場(chǎng)不均勻，某些部位溫度超標(biāo)，影響了物品的保存;壓縮機(jī)的頻繁開停機(jī)以及外界環(huán)境通過壁面和門封向箱體內(nèi)部的漏熱導(dǎo)致冷藏箱耗能的增加等問題，嚴(yán)重影響著冷藏箱的發(fā)展。因此如何更加有效快速的對(duì)冷藏箱箱體的結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，來改善冷藏箱的性能，是國(guó)內(nèi)外學(xué)者以及公司設(shè)計(jì)人員的研究重點(diǎn)[1-2]。
許多企業(yè)在設(shè)計(jì)冷藏箱時(shí)還是采用傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)方法，不僅耗時(shí)耗力，而求很難達(dá)到預(yù)期的效果。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)與數(shù)值傳熱學(xué)的結(jié)合，計(jì)算流體力學(xué)軟件CFD得到快速的發(fā)展，也已運(yùn)用到了冷藏箱的設(shè)計(jì)以及結(jié)構(gòu)優(yōu)化中去，不僅能夠縮短設(shè)計(jì)周期，而且節(jié)省了大量的財(cái)力。目前，國(guó)內(nèi)外的研究人員在設(shè)計(jì)冷藏箱時(shí)應(yīng)用CFD有了很多的研究成果。
1 冷藏箱箱體內(nèi)溫度場(chǎng)與流場(chǎng)分析
冷藏箱箱體內(nèi)溫度場(chǎng)與流場(chǎng)的分布是否均勻，不僅影響著保存物品的質(zhì)量，而且影響著冷藏箱的功耗。溫度場(chǎng)與流場(chǎng)的優(yōu)化如果僅僅靠做實(shí)驗(yàn)的方法來進(jìn)行，不僅周期較長(zhǎng)，而且需要大量的人力物力，不符合企業(yè)的利益;因?yàn)榕c溫度場(chǎng)和流場(chǎng)的分布有關(guān)參數(shù)有多個(gè)，工作量太大，而且如果要測(cè)量流場(chǎng)需要布置大量的傳感器，這樣做又破壞了箱體內(nèi)溫度場(chǎng)與流場(chǎng)的分布[3]。數(shù)值模擬仿真能夠較真實(shí)的模擬箱體內(nèi)的溫度場(chǎng)與流場(chǎng)的實(shí)際分布情況，已成為研究人員進(jìn)行流場(chǎng)計(jì)算與優(yōu)化的重要工具，為冷藏箱箱體的結(jié)構(gòu)優(yōu)化提供了依據(jù)。
為了能夠使模型簡(jiǎn)單，考慮到箱體結(jié)構(gòu)的對(duì)稱性，很多學(xué)者對(duì)箱體的二維溫度場(chǎng)與流場(chǎng)進(jìn)行了研究。凌長(zhǎng)明，陶文銓建立了冰箱非穩(wěn)態(tài)自然對(duì)流換熱的二維計(jì)算模型，分析三個(gè)互不相通空腔內(nèi)的自然對(duì)流換熱情況，計(jì)算了周期性非穩(wěn)態(tài)工況下溫度場(chǎng)和流場(chǎng)的分布[4]。
上海交通大學(xué)的丁國(guó)良等使用有限元軟件FIDA7.6，模擬了冰箱二維穩(wěn)態(tài)自然對(duì)流空氣流場(chǎng)分布情況，并研究了內(nèi)部熱負(fù)荷、隔板以及蒸發(fā)器和門之間的間距、內(nèi)部隔板的導(dǎo)熱系數(shù)對(duì)箱體內(nèi)部溫度場(chǎng)和流場(chǎng)分布的影響[5]。
周湘江等針對(duì)冰箱周期性非穩(wěn)態(tài)傳熱的特點(diǎn)，把導(dǎo)熱、對(duì)流和輻射作為整體耦合求解，使用二維模型進(jìn)行模擬仿真得出箱體內(nèi)傳熱規(guī)律以及輻射的影響[6]。
吳小華采用FLUENT軟件建立了冰箱三維幾何模型，分別模擬網(wǎng)狀和平板擱物架時(shí)箱體內(nèi)溫度場(chǎng)和流場(chǎng)的分布，得出了較為合理的結(jié)構(gòu)，同時(shí)提出了優(yōu)化的方向[7]。
于兵應(yīng)用PHOENICS軟件模擬了間冷式冰箱箱內(nèi)溫度場(chǎng)與流場(chǎng)的分布情況，在建立物理模型過程中，對(duì)其做出一些簡(jiǎn)化;通過分析得知，計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果基本吻合，并且可以忽略浮升力的影響[8]。
蘇秀平等應(yīng)用FLUENT軟件計(jì)算了間冷式冰箱風(fēng)扇區(qū)域流場(chǎng)，采用二階k-ε湍流模型，風(fēng)扇葉片區(qū)域使用多坐標(biāo)模型，蒸發(fā)器區(qū)域使用多空介質(zhì)模型，提出了風(fēng)扇蓋板的改進(jìn)措施[9]。
俞炳豐等使用PIV技術(shù)測(cè)量了間冷式冰箱內(nèi)部流場(chǎng)，并將采用k-ε紊流模型計(jì)算模擬得到的結(jié)果與測(cè)試結(jié)果對(duì)比分析，得出計(jì)算模型的正確，為箱體的結(jié)構(gòu)優(yōu)化提供了依據(jù)[10]。
2 冷藏箱研究中存在的問題
很多學(xué)者為了問題的簡(jiǎn)化，大都研究了冷藏箱的二維穩(wěn)態(tài)情況，而很少考慮三維非穩(wěn)態(tài)的情況，忽略了整體的影響，因此計(jì)算結(jié)果有片面性，計(jì)算結(jié)果的誤差較大。數(shù)值計(jì)算中沒有考慮箱體內(nèi)的輻射換熱，而因?yàn)橄潴w各壁面的溫差較大，輻射換熱對(duì)箱體內(nèi)溫度場(chǎng)與流場(chǎng)的分布有著重要的影響[11]。同時(shí)，門縫結(jié)構(gòu)對(duì)箱體內(nèi)溫度場(chǎng)與流場(chǎng)分布的影響，無論是通過實(shí)驗(yàn)的方法還是數(shù)值計(jì)算方法，存在一定的難度，因此需要更有效的解法。
3 總結(jié)
從以上分析可以看出，CFD已在冷藏箱箱體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及優(yōu)化發(fā)揮了重要的作用，但是還有很多值得我們?nèi)ヌ剿鞯牡胤剑?/p>
(1)CFD在冷藏箱箱體溫度場(chǎng)與流場(chǎng)的計(jì)算模擬中已經(jīng)應(yīng)用的非常成熟，但是很多都是為了簡(jiǎn)化問題模擬了箱體的二維穩(wěn)態(tài)情況，對(duì)三維非穩(wěn)態(tài)情況涉足較少，而下一步的工作需要考慮所有的箱體壁面輻射換熱問題。
(2)模擬計(jì)算中通常將箱體作為一個(gè)空腔結(jié)構(gòu)，忽略了擱架以及放置物品對(duì)冷藏箱內(nèi)部換熱和流場(chǎng)的影響，但實(shí)際中擱架及其上的物品對(duì)冷藏箱內(nèi)部溫度場(chǎng)和流場(chǎng)分布較大的影響。
(3)蒸發(fā)器的位置以及形式對(duì)箱體內(nèi)換熱的影響，通?？紤]的是它對(duì)冷藏箱能耗以及本身換熱性能的研究，而忽略了它的位置和形式對(duì)箱體的溫度場(chǎng)與流場(chǎng)分布的影響。
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冷藏箱結(jié)構(gòu)學(xué)術(shù)論文篇二
淺議冷藏集裝箱隔熱箱板中間分層的質(zhì)量問題
摘 要：闡述了影響冷藏集裝箱絕熱箱板中間分層的因素以及預(yù)防控制措施,著重分析了環(huán)氧粘接劑涂層與發(fā)泡體層分層的影響因素以及預(yù)防控制措施。
關(guān)鍵詞：冷藏集裝箱;隔熱箱板;聚氨酯硬泡;發(fā)泡體;環(huán)氧粘接劑;分層
0前言
冷藏集裝箱是一具有良好隔熱、氣密，且能維持一定低溫要求，適用于各類易腐食品的運(yùn)送、貯存的特殊集裝箱。通常冷藏集裝箱采用鋼結(jié)構(gòu)，箱內(nèi)壁、底板、頂板和門由金屬復(fù)合板、鋁板、不銹鋼板或聚酯制造，由于對(duì)控制溫度的要求較高，箱板采用兩塊金屬板材夾內(nèi)層聚氨酯硬泡層的結(jié)構(gòu)，以保證箱體內(nèi)外的隔熱效果，從而易于控制箱內(nèi)溫度，更好地儲(chǔ)運(yùn)各種需保鮮的水果、肉類等食品類貨物。箱板間發(fā)泡效果好壞直接影響冷藏集裝箱的冷藏效果，所以生產(chǎn)過程中的發(fā)泡質(zhì)量控制尤為重要。
通常冷藏集裝箱發(fā)泡過程是將兩塊金屬板材對(duì)齊放置在大型模塊內(nèi)，推入發(fā)泡線，向兩塊板材中間通過高壓注射已混合好的聚氨酯發(fā)泡料進(jìn)行發(fā)泡作業(yè)。圖1為箱板的結(jié)構(gòu)示意圖：
目前箱板主要采用不銹鋼板材如Q304、Q316、BN4、YUS180等，局部位置采用鋁合金5052等，由于這些材料表面很光滑，通常在金屬板材表面需噴涂粘接劑以增加金屬板材與發(fā)泡層間的粘結(jié)強(qiáng)度，再在兩塊板材間通過注射發(fā)泡形成硬質(zhì)聚氨酯發(fā)泡層，通過著一系列過程制成了冷藏集裝箱用的具有隔熱效果的箱板。冷藏集裝箱便是由這種隔熱箱板通過相關(guān)加工工藝拼接而成。
冷藏箱用隔熱箱板這一結(jié)構(gòu)經(jīng)過多年的使用驗(yàn)證具有優(yōu)異的綜合性能,首先隔熱效果好,大大地降低能耗，這主要?dú)w功于發(fā)泡體的熱導(dǎo)率低,一般熱導(dǎo)率小于0.025W/(m*K);其次由板材及發(fā)泡體組成的這種結(jié)構(gòu)具有較好的強(qiáng)度，冷藏集裝箱一般儲(chǔ)運(yùn)十幾噸甚至三十噸以上貨物,在長(zhǎng)期裝卸及周轉(zhuǎn)過程中隔熱板亦能保持其內(nèi)部各層間的結(jié)合狀態(tài)。良好的隔熱效果得益于隔熱箱板的這一特殊結(jié)構(gòu)，而如果隔熱箱板內(nèi)部出現(xiàn)脫落，則嚴(yán)重影響其隔熱效果，導(dǎo)致制冷效果不明顯，造成極大的能耗損失。故隔熱箱板中間分層脫落是較嚴(yán)重的的質(zhì)量問題。
1 隔熱箱板中間分層的質(zhì)量問題原因分析及預(yù)防措施
通過對(duì)該質(zhì)量問題的研究我們發(fā)現(xiàn)隔熱箱板中間分層脫落的表現(xiàn)形式主要有金屬板材與粘接劑層之間的分層、粘接劑層與發(fā)泡體層間分層、發(fā)泡體層內(nèi)分層等三種。以下結(jié)合這三種分層脫落的形式進(jìn)行相關(guān)分析并闡述預(yù)防措施。
1.1金屬板材與粘接劑層之間的分層的原因分析及預(yù)防
(1)粘接劑的本身質(zhì)量問題
通常使用的粘接劑必須與金屬板材有很好的粘結(jié)力，所以粘接劑的選擇至關(guān)重要，目前使用較多的有環(huán)氧粘接劑、氯丁粘接劑等，目前環(huán)氧粘接劑使用較為廣泛。這些粘接劑與金屬板材有極強(qiáng)的粘結(jié)效果，起著承上啟下的作用。而多數(shù)情況下則是由于粘接劑的質(zhì)量波動(dòng)導(dǎo)致粘接劑本身的質(zhì)量問題，直接影響到粘接劑與金屬板材之間的附著力。
預(yù)防措施：建議加強(qiáng)粘接劑的質(zhì)量控制，盡可能選用規(guī)模較大的生產(chǎn)企業(yè)的產(chǎn)品，盡可能把風(fēng)險(xiǎn)降到最低。
(2)涂裝粘接劑與發(fā)泡作業(yè)的時(shí)間間隔太短
粘接劑涂裝后需要適當(dāng)?shù)酿B(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)時(shí)間太短則粘接劑與金屬板材的間的粘結(jié)力未達(dá)到要求，即粘結(jié)劑本身的固化未達(dá)到要求，不具備發(fā)泡的條件，這種情況下發(fā)泡很容易造成發(fā)泡完成后粘接劑層與板材之間的分層脫落。一般冷藏箱廠對(duì)粘接劑的養(yǎng)護(hù)時(shí)間均控制在8h以上，這樣可大大降低該質(zhì)量問題的發(fā)生。
預(yù)防措施：嚴(yán)格按照粘接劑的養(yǎng)護(hù)時(shí)間要求，控制涂裝間隔時(shí)間。
(3)板材表面處理不好，表面存在灰塵、油污等污物
板材表面不清潔會(huì)導(dǎo)致粘接劑與板材間附著力差，如果對(duì)表面不清潔的板材粘接劑，即使養(yǎng)護(hù)條件等都達(dá)到要求，在后面的發(fā)泡完成后經(jīng)過多次周轉(zhuǎn)運(yùn)輸后也極易出現(xiàn)粘接劑涂層與板材表面分層脫落現(xiàn)象。通常在涂裝前現(xiàn)場(chǎng)操作人員會(huì)用對(duì)板材表面進(jìn)行高壓氣體除塵操作，然后用清洗劑對(duì)表面進(jìn)行清洗，進(jìn)入涂裝線前用氫氧火焰進(jìn)行灼燒處理。
預(yù)防措施：嚴(yán)格按照要求進(jìn)行表面除塵、除油操作。
(4)不適宜的環(huán)境條件對(duì)粘接劑的涂裝的影響
夏天特別是雨天濕度較大，極易出現(xiàn)在露點(diǎn)下進(jìn)行涂裝操作的情況，若沒有引起注意往往會(huì)導(dǎo)致在板材表面有水分的情況下繼續(xù)涂裝作業(yè)，這樣極易造成粘接劑與板材間的附著力不佳而引起粘接劑涂層與板材間的后期分層脫落的質(zhì)量問題。通常涂裝粘接劑時(shí)工藝要求對(duì)板材進(jìn)行氫氧火焰灼燒處理，這樣可以避免水分的影響。但有時(shí)由于成本方面考慮，天氣溫度高時(shí)火焰灼燒這一工序就省去了。
預(yù)防措施：加強(qiáng)粘接劑涂裝現(xiàn)場(chǎng)的溫濕度控制，每次涂裝前堅(jiān)持用氫氧火焰灼燒板材表面。
1.2粘接劑層與發(fā)泡體層間分層的原因分析及預(yù)防措施
(1)粘接劑涂裝與發(fā)泡作業(yè)時(shí)間間隔過長(zhǎng)
通常進(jìn)行完涂裝作業(yè)的金屬板材會(huì)碼放一段時(shí)間，正常生產(chǎn)時(shí)會(huì)在很短時(shí)間內(nèi)(8h以上)進(jìn)行發(fā)泡作業(yè)。而有時(shí)諸如生產(chǎn)有插單情況或遇上不趕工期時(shí)已涂裝好的板材可能會(huì)碼放較長(zhǎng)一段時(shí)間，這樣經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間的碼放往往會(huì)造成板材表面已涂裝好的粘接劑表面的不同程度污染，如灰塵油類等，嚴(yán)重影響粘接劑層與發(fā)泡體層間的結(jié)合效果;另一方面，環(huán)氧粘接劑在涂裝完成后，隨著固化反應(yīng)的不斷進(jìn)行，粘接劑中環(huán)氧基與NH2-及-NH-等胺類基團(tuán)的反應(yīng)不斷地進(jìn)行著，這些基團(tuán)與硬質(zhì)聚氨酯發(fā)泡體中富含-NCO有很好的結(jié)合能力，但隨著粘接劑的進(jìn)一步固化，富含的活性基團(tuán)量不斷降低，這樣若長(zhǎng)時(shí)間未進(jìn)行發(fā)泡作業(yè)會(huì)導(dǎo)致聚氨酯硬質(zhì)發(fā)泡體與粘接劑涂層的化學(xué)鍵結(jié)合力減弱，從而影響發(fā)泡體層與粘合劑涂層間的附著力。
預(yù)防措施：在達(dá)到最低時(shí)間間隔后盡可能及時(shí)進(jìn)行發(fā)泡作業(yè)。
(2)發(fā)泡作業(yè)時(shí)環(huán)境條件的影響
發(fā)泡車間的溫濕度是嚴(yán)格控制的環(huán)境條件，但在高溫高濕的的天氣環(huán)境下除濕方法的效果往往不是很明顯，一旦接近露點(diǎn)繼續(xù)發(fā)泡作業(yè)會(huì)造成板材表面的粘接劑涂層與發(fā)泡體結(jié)合部位大量的較大氣泡，這樣經(jīng)過多次周轉(zhuǎn)搬運(yùn)極易出現(xiàn)粘接劑層與發(fā)泡體層間分層脫落問題。
預(yù)防措施：注意發(fā)泡現(xiàn)場(chǎng)的溫濕度情況，若環(huán)境條件不滿足作業(yè)要求則停止發(fā)泡作業(yè)。
1.3發(fā)泡體層內(nèi)分層脫落的原因及預(yù)防措施
發(fā)泡體內(nèi)分層脫落與發(fā)泡體的質(zhì)量關(guān)系密切，也是較容易出現(xiàn)的質(zhì)量問題通常受以下條件影響：
(1)發(fā)泡作業(yè)的環(huán)境條件影響
發(fā)泡車間的溫濕度控制不嚴(yán)格，導(dǎo)致較多發(fā)泡料含有過多水分，這樣情況下若繼續(xù)發(fā)泡作業(yè)則對(duì)發(fā)泡體的的質(zhì)量產(chǎn)生很大影響，特別是在非水發(fā)泡劑的發(fā)泡體系中,發(fā)泡體中間會(huì)有較多不規(guī)則大氣泡，造成發(fā)泡體本身的力學(xué)性能如抗壓強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度等的嚴(yán)重下降,導(dǎo)致在多次裝卸周轉(zhuǎn)過程中發(fā)生分層的質(zhì)量事故;另外發(fā)泡車間的溫度過高也容易導(dǎo)致混合好的發(fā)泡料流動(dòng)性下降造成最終的發(fā)泡體的機(jī)械強(qiáng)度下降。
預(yù)防措施：嚴(yán)格控制發(fā)泡車間的溫濕度，確保發(fā)泡作業(yè)環(huán)境在可控的溫濕度范圍內(nèi)進(jìn)行。
(2)發(fā)泡料配方中各組分的質(zhì)量、發(fā)泡控制工藝等的影響
發(fā)泡是一個(gè)較為復(fù)雜的過程，發(fā)泡料配方中的各組分質(zhì)量波動(dòng)都會(huì)不同程度的影響最終發(fā)泡體的質(zhì)量;另外發(fā)泡工藝條件(如發(fā)泡料溫度、夾具溫度計(jì)注射壓力等)的微小改變也會(huì)導(dǎo)致發(fā)泡體質(zhì)量的變化。
預(yù)防措施：加強(qiáng)發(fā)泡料用各種原材料的質(zhì)量控制，嚴(yán)格控制發(fā)泡工藝條件。
2 結(jié)語
在冷藏集裝箱隔熱箱板的加工過程中，嚴(yán)格控制粘接劑質(zhì)量以及按規(guī)范進(jìn)行涂裝施工;注意控制發(fā)泡作業(yè)與前道粘接劑的施工的間隔時(shí)間，避免時(shí)間間隔過短(即低于8h)，另外間隔時(shí)間不要太長(zhǎng)，確保在粘接劑涂層表面最佳的狀態(tài)下進(jìn)行發(fā)泡作業(yè);控制發(fā)泡料各組分的質(zhì)量穩(wěn)定，并嚴(yán)格控制發(fā)泡工藝條件。以上幾方面得到有效控制就可使隔熱箱板的質(zhì)量得到保證，滿足冷藏集裝箱的使用設(shè)計(jì)指標(biāo)要求。
參考文獻(xiàn)
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