箱式冻结机吹风和吸风工作模式流场分析

单亚飞

（四方科技集团股份有限公司，江苏 南通 226001）

1 风道特征

图1 是箱式冻结机的主视图。两侧是上下料的升降机，中间是搁架与冻品，搁架外侧是起支撑作用的钢架结构。图1 表明：冻结区域在高度方向上分两层，上层有10 层搁架、下层有11 层搁架，冻品存储在搁架；但上下不是严格意义上的分开，气路是连通的。

图1 主视图

图2 是箱式冻结机宽度与高度方向的截面示意，有4 个蒸发器和4 个风机，风机负责为气流提供动力，蒸发器负责对气流进行冷却。其工作模式有2 种，一是(a)风机吹风，二是(b)风机吸风。

2 风机参数

风机风速16.6m/s，全压220Pa。除了蒸发器和风机的进出风口，其他位置均密封。

图2 工作模式

3 建模与计算

3.1 流道建模

从图2 中提取风道，划分流道网格，设置固定壁面边界。对吹风工作模式，设置压力入口（总压101694Pa，初始气压101525Pa）、压力出口（总压101325Pa）；对吸风工作模式，设置压力入口（总压101325Pa，初始气压101325Pa）、压力出口（总压100956 Pa）。

3.2 流场计算

采用SIMPLE 算法、k-ε 模型、能量平衡方程、可压缩流，计算流体的平流和湍流特性。检查迭代收敛条件、壁面换热情况等各项参数和模型设置无误后开始求解，并对迭代过程数据和最终结果进行实时监控和后处理，绘制出迭代曲线、压强、风速、流线图。图3 为流场迭代数据。在计算结果中：图4 是总压分布，图5 是风速度分布，图6 是流线图。

图3 流场迭代历程

图4 总压大小分布（单位：Pa）

4 结语

图5 速度大小分布图（单位：m/s）

图6 流线图

流道外为开敞区域，因此，取环境气压101325Pa。为了保证风机全压200Pa、风速16.6m/s，对吹风和吸风两种模式，均设置了压力入口和压力出口。在吹风时，风机入口为高压区；在吸风时，风机出口为低压区。对于两类工作模式，各个风机几乎同一水平方向上，与对面的蒸发器形成通路。图4 表明：吹风模式的风机出口气压较高，但通过蒸发器和搁架之间的储藏区的风压较小；吸风模式虽然风机的出口气压略小，但通过蒸发器和搁架之间的储藏区的风压较大，冷风穿透能力更强。图5 表明：两者的进口风速较均匀，而出风口的气压和风速不够均匀；吹风模式的最大风速高于吸风模式，但对于搁架之间的储藏区，各层的风速数值相当，风向相反。

图6 表明，吹风模式的有效出风口面积较小，大部分位置为涡流阻碍。吸风模式的出风口是风机，其有效出风口面积几乎与整个风机出口面积相当。因此，设计的时候，风机尽量选择吸风模式，吸风工作的风场较均匀，涡流区较少，风速数值相当，冷风穿透能力更强，冻结效果更好。