机械冷板冷藏车冷板融冰过程数值计算

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1、机械冷板冷藏车冷板融冰过程数值计算珠海格力电器股份有限公司商用空调技术部梁彦德摘要：用焓法模型建立了冷板融冰过程的数学模型，采用控制容积法对方程进行离散化，并用三对角矩阵算法求解出各节点的焓值和温度，分析了冷板厚度和车内空气温度对冷板融冰过程的影响，结果表明，冷板中心融解缓慢，冷板厚度对融冰过程影响比车内空气的影响大，减少冷板厚度将大大减少融冰时间。关键词：制冷冷板焓法数值计算Numericalsimulationofthehold-overplateduringmeltingperiodinmechanicalhold-overrefrigera

2、tedvehiclesTechnologyDept.ofCommercialAirConditioningGreeElectricAppliances,Lnc.ofZhuHailiangyandeAbstract:Themathematicalmodelofhold-overplateduringmeltingperiodwasdevelopedbyusingenthalpymethod.Theequationwasdiscretizedbyusingcontrolvolumemethod.Theenthalpyandtemperatureofev

3、erynodewascalculatedbyusingtridiagonal-matrixalgorithm(TDMA).Theeffectofthicknessofhold-overplateandtemperatureofindoorairtowardsthemeltingperiodofhold-overplatewasanalyzed.Theresultsshowthattheiceofcentralhold-overplatemeltsslowly,theeffectofthicknessofhold-overplateismoretha

4、ntheeffectoftemperatureofindoorair,andthedischargingtimewillbereducedseriouslybyshorteningthethicknessofhold-overplate.Keywords:refrigeration,hold-overplate,enthalpymethod,numericalsimulation1.前言机械冷板冷藏车冷板内储有共晶溶液（以下称为相变物质）以贮存冷量，发车前车载制冷系统对相变物质进行充冷，使其冻结成冰，将冷量蓄存其中，车辆使用时，冷板内相变物质融解释

5、放冷量，此时冷板内温度长时间维持在相变温度附近，所以车厢内能长期维持一个低温环境，以保证运输货物质量。冷板内相变物质融解速率对冷板车的放冷时间有很大影响，本文建立了冷板融冰过程的数学模型，研究了冷板结构和车厢内空气温度对放冷时间的影响，对提高冷板车的运输能力与运输质量有重要意义。2.数学模型固液相变问题的数值求解方法一般有以下三种：一种是直接对原控制微分方程及边界条件进行离散化，如固定步长法；另一种是将移动区域问题化为固定区域问题求解，如自变量变换法；第三种是把分区求解的导热问题化成整个区域上的非线性导热问题处理，如焓法、显热容法等[1]。焓法模型

6、在固相与液相整个区域内建立统一的能量方程，无需跟踪两相界面，因此本文采用焓法模型建立了融冰过程的数学模型。冷板结构如图1所示。为简化计算作如下假设：（1）由于冷板厚度相对较小，将冷板内相变物质的融解过程简化为沿厚度方向的一维问题；（2）冷板内相变物质初始状态为固态；（3）相变材料各向同性；（4）由于冷板形状的对称性，计算时沿厚度方向取半块冷板进行研究；（5）忽略两相界面上自然对流的影响。图1.冷板结构图2.1控制方程用焓描述的相变问题导热控制方程为：（1）式中：混合焓，J/m3导热系数，W/（m·K）相变物质温度，K混合焓是温度的函数，它与相变潜热

7、和液相分数有关，其表达式为：(2)式中：相变物质液相密度，kg/m3相变潜热，J/kg-液相分数，相变物质为固态时取0，相变物质为液态时取1，在两相界面上的取值在0～1之间[2]。其中的表达式为：（3）式中：相变温度，℃相变物质密度，kg/m3相变物质比热，J/（kg·K）由（1）、（2）、（3）三式可得一维相变问题热焓表达式：（4）式中：热扩散系数，m2/s-液相密度，kg/m3相变物质固、液两相物性参数处理见参考文献[3]。2.2方程离散化用控制容积法对方程（4）进行离散化[4]，等号右边第二项为源项。一维控制容积法网格节点分布如图1所示。对（

8、4）式在P节点所在的控制容积积分得：（5）假设焓随时间作阶梯形分布，随空间作分段线性分布，源项随时间和空间作阶梯形分布。对