论文简介：
硕士论文-基于CFD的小型冷库内流场分布与优化的研究，共77页，36782字
摘要
我国是一个农业大国，水果、蔬菜的产量均位居世界前列，但果蔬采后损失率过高
一直是制约果蔬产业发展的困扰问题之一，通过冷库贮藏可以在一定程度上保证果蔬的
保存效果和质量，减少采后损失率。冷库作为果蔬贮藏的主要载体，其合理建造已经逐
步受到国家重视，但目前国内对于冷库管理还主要基于传统经验，尚未形成完整的体系，
而对于室内气流组织的研究，则处于起步阶段。因此，对于冷库设计参数以及库内气流
组织的研究对增强冷库设计与管理、提高冷库贮藏效果具有重要应用价值和意义。
随着计算流体力学（CFD）在食品工程、制冷工程等领域的应用，其在冷库设计方
面的研究也开始兴起。与传统的单一实验研究相比，采用 CFD 技术可以缩小实验规模、
减少研究时间和经费，并能得到精度较高的数值计算结果。正是基于上述背景，本文利
用 CFD 技术，以现有实验冷库为研究对象，对果蔬冷库内流场的变化规律和冷库结构
的设计进行了研究和优化。主要研究内容和结论如下：
建立了冷库内流场的三维稳态数值模型，并进行了实验验证，结果表明，所建模型
能够运用于冷库的流场分析。
研究了四种不同货物摆放方式对冷库流场分布的影响，结果表明，货物区通道宽度、
货物高度和货物离墙壁距离均会对库内温度场和速度场分布产生影响，货物区通道宽度
越宽、货物高度越低、货物离墙壁距离越远就越有利于气流组织的均匀分布，越有利于
货物的贮藏。本文所分析的四种摆放方式中，以中间留有较宽通道的 D 方式为最优方式，
其货物区温度差值与其他方式相比可以达到 0.79K，相对而言更有利于提高货物的贮藏
品质。
研究了三种冷库风机风速对库内流场分布的影响，结果表明，在一定范围内提高风
速并不能明显改变库内流场的分布规律，但风速的提高使气流贴壁流动趋势明显，能够
快速带走库内热量，因而会降低货物区温度，在本文所仿真分析的三种风速中，11m/s
的风速与 6m/s 的风速相比较，货物区温度差值达到 0.26K。
研究了冷风机出风口风向变化对库内流场的影响，结果表明，通过在冷风机出口处
设置挡板，可以改变部分冷风流动方向，打破原有的大回流趋势，减小涡流区的面积，
整个流场循环更加顺畅，可以提高果蔬的贮藏品质。
研究了三种冷风机位置对库内流场的影响，结果表明，三种不同位置产生的室内温
差可达到 1K，对库内温度分布产生影响较大。三种方式中以 B 方式为最优方式。风机
的放置应尽量在沿冷库相对长的方向上，可增加冷风的循环路径，减小涡流区面积，有
助于迅速带走库内热量。
关键词：计算流体力学；冷库；气流场；速度场；温度场；摆放方式；优化
目录
摘要 ......... I
英文摘要 ..... III
第 1 章 绪论 .... 1
1.1 研究背景 ........... 1
1.2 冷库设计与研究的国内外现状 ..... 2
1.3 计算流体力学 CFD 在食品加工贮藏中的应用...... 3
1.3.1 CFD 在灭菌工艺中的应用 .... 3
1.3.2 CFD 在烘焙工艺中的应用 .... 3
1.3.3 CFD 在干燥工艺中的应用 .... 3
1.3.4 CFD 在物料混合方面的应用 .. 4
1.3.5 CFD 在食品冷冻、冷藏工艺中的应用 ....... 4
1.4 课题的研究意义 .... 5
1.5 本文的主要工作..... 5
第 2 章 计算流体力学基本理论 .. 7
2.1 CFD 概述 ........... 7
2.2 CFD 求解过程 ....... 8
2.3 控制方程 .......... 10
2.3.1 质量守恒方程 10
2.3.2 动量守恒方程 10
2.3.3 能量守恒方程 10
2.3.4 控制方程的通用形式....... 11
2.4 基于 SIMPLE 算法的流场数值计算 . 11
2.4.1 流场数值计算的主要方法... 11
2.4.2 流场计算的 SIMPLE 算法.... 12
2.5 边界条件设置...... 13
2.5.1 流动进口边界条件......... 13
2.5.2 流动出口边界条件......... 13
2.5.3 壁面条件.... 14
2.6 三维湍流数值模拟 . 14
2.6.1 流体流动特征及其分类..... 14
2.6.2 湍流的数值模拟方法....... 14
2.6.3 标准 k-ε 两方程模型...... 15
2.6.4 近壁区使用 k-ε 模型问题.. 16
2.7 本章小结.......... 17
第 3 章 冷库计算模型的建立 ... 19
3.1 物理模型.......... 19
3.2 数学模型.......... 19
3.3 边界条件.......... 20
3.4 货物区模型........ 21
3.5 冷库制冷负荷计算.. 22
3.5.1 围护结构热流量 ........... 23
3.5.2 货物热流量.. 25
3.6 FLUENT 介绍及其应用............ 26
3.6.1 FLUENT 程序的结构 ........ 27
3.6.2 FLUENT 程序求解步骤 ...... 27
3.7 模型的验证........ 28
3.7.1 测量仪器与设备........... 28
3.7.2 测温点布置.. 28
3.7.3 结果与分析. 29
3.8 本章小结.......... 33
第 4 章 冷库内气体流场计算与结果分析....... 35
4.1 货物摆放方式对流场的影响 ...... 35
4.1.1 温度场分析 .. 35
4.1.2 速度场分析 .. 40
4.1.3 结论及优化措施........... 44
4.2 冷风机出风口风速变化对流场的影响........... 45
4.2.1 速度场分析.. 45
4.2.2 温度场分析.. 46
4.2.3 小结........ 49
4.3 冷库设计参数改变对流场的影响 .. 49
4.3.1 风机出口增加挡板对流场的影响.......... 49
4.3.2 风机位置改变对流场影响... 52
4.4 本章小结.......... 56
第 5 章 总结与展望........... 57
5.1 总结 . 57
5.2 展望 . 58
参考文献 ...... 59
致谢 ....... 62

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