微型保鲜库气体流场的数值模拟与试验研究

论文摘要

果蔬的低温贮藏保鲜是被广泛采用的果蔬贮藏保鲜方法。户用型微型保鲜库由于价格较低、操作简单等优点,与我国农村的经济技术水平相适应。因此大力发展微型保鲜库对提高我国果蔬采后处理水平及提高农民收入有重要作用。果蔬的贮藏品质除与本身性质有关外,还受保鲜库内气体流场的影响。保鲜库内合理的气体流场对库内果蔬的降温速率和贮藏质量有重要作用。本文以微型保鲜库为研究对象,对保鲜库内的气体流场进行了模拟与研究分析,主要研究内容包括:（1）建立微型保鲜库的湍流数值计算模型,利用计算流体力学（CFD）软件FLUENT,采用κ-ε湍流模型结合适宜的边界条件,对保鲜库预冷降温过程及保鲜冷藏过程进行数值计算。（2）对预冷降温过程温度场的模拟结果进行了试验验证,同时也对贮藏过程的温度场和速度场进行了试验验证。（3）利用数值模拟得到的保鲜库库内流场的分布特性,对流场中不同位置处的梨果实在贮藏期间的失水率进行了测试与对比。通过以上研究得出如下结论:（1）对保鲜库预冷降温过程的模拟计算表明,库内降温过程的速度场变化不大,存在一个中心大回流区,温度场有明显的变化且中心区温度高、贴壁处温度低。试验分析表明,模拟温度与实测温度的变化趋势一致,最大误差为3%,二者具有较好的线性拟合度,其拟合曲线的R2=0.6041,SE=3.0274。（2）对保鲜库贮藏过程的模拟计算表明,以冷风机中心轴平面为对称平面的两侧空气流场呈现出两个对称的回流区,流场具有贴附壁面流动的特点且在拐角处速度值较小,温度场呈现出均匀化趋势。试验分析表明,模拟温度值与实测温度值的最大误差为2.57%,模拟速度值与实测速度值在一个数量级范围内,最大误差为28.5%。（3）贮藏保鲜过程库尔勒梨的失水试验表明,在同一层流场中的失水率变化不大,在冷风直射区域样品的平均失水率1.62%,大于非直射区域样品的平均失水率1.28%。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 研究目的与意义
• 1.3 国内外研究现状
• 1.4 研究内容与方法
• 1.4.1 研究内容
• 1.4.2 研究方法
• 第二章 保鲜库气流组织的数学模型及计算方法
• 2.1 湍流及其数值模拟方法概述
• 2.1.1 湍流概述
• 2.1.2 湍流的数值模拟方法
• 2.2 湍流数学模型
• 2.2.1 标准k-ε模型
• 2.2.2 耗散率ε
• 2.2.3 k-ε两方程湍流模型的控制方程组
• 2.2.4 对k-ε两方程湍流模型的实用性的几点说明
• 2.3 壁面函数法
• 2.4 边界条件及初始化条件
• 2.4.1 冷风机出风口边界
• 2.4.2 冷风机回风口边界
• 2.4.3 固壁面
• 2.5 方程的离散化和求解的计算方法
• 2.5.1 用有限容积法建立离散方程组
• 2.5.2 计算方法
• 2.6 本章小结
• 第三章 微型保鲜库库内气流组织的数值模拟
• 3.1 物理数学模型的建立
• 3.1.1 物理模型
• 3.1.2 数学模型
• 3.1.3 边界及初始条件
• 3.1.4 计算网格的划分
• 3.2 用Fluent求解的过程
• 3.3 数值模拟的结果分析
• 3.3.1 预冷过程的数值模拟结果分析
• 3.3.2 冷藏过程
• 3.4 本章小结
• 第四章 微型保鲜库流场模拟结果的验证
• 4.1 验证试验概况
• 4.2 测试内容及方法
• 4.2.1 测试仪器和内容
• 4.2.2 试验方法
• 4.3 试验结果与分析
• 4.3.1 预冷试验验证
• 4.3.2 冷藏试验验证
• 4.4 本章小结
• 第五章 冷藏试验研究与分析
• 5.1 材料与方法
• 5.1.1 试验概况
• 5.1.2 试验材料与处理
• 5.2 结果与分析
• 5.3 结论
• 5.4 本章小结
• 第六章 结论
• 6.1 结论
• 6.2 后续工作的建议
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文