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一无霜系统来制冷。而无霜系统规定系统自动工作，以防止在所有制冷表面上形成持久性霜层，而不是保证箱体内不结霜。不过，如果冷藏室结霜并形成持久性霜层，则是质量问题。
此外，一旦出现冰箱冷藏室结冰，也属于不正常现象。冷藏室是用以储藏不需要冻结食品的间室，其温度应保持在0℃以上。检查流水孔是否堵塞，保持出水孔和密封条的清洁干净。针对冰箱冷藏室里流出水来的问题，专家指出，一般情况下，冷藏室里的蒸发器在工作的时候会产生少量的冰（霜），这些冰（霜）在溶化时会生成一些水，水的另一个来源就是来自外界空气的冷却（空气里的水蒸气液化成水），这主要是因为门没有关严，外面的空气不断进入才会产生，但是这点水厂家在设计时，是有专门的排水装置的。
制造酸牛奶时，就是在牛奶中加入乳酸细菌，让它抑制其它许多微生物细菌的发育，以保存牛奶。此外，还有用干制法、光照法、加热法、加防腐剂等措施贮存易腐食品，但这些方法的最大缺点是要破坏食品的内部组织，进而降低其营养价值和新鲜滋味。
所谓“冷却”处理，即把食品保持在温度较低而一般又不致低过于O。c的环境中贮存。例如鲜蛋、乳品、水果、蔬菜等，可允许在一2。C～+12。C温度范 围贮存、运送。冷却一般不影响食品的内部组织。在此条件下，酶和微生物还具 有一定的生长繁殖能力，因此要采取一切措施尽可能避免微生物感染，如防止机 械损伤或加用杀菌药物等。而“冷冻”处理，则把食品贮存温度降低到O。C以下， 使食品内大部分水变成冰一一冻结，致使酶和微生物几乎完全停止生长繁殖，以达到较久贮存的效果。食品冷冻过程就是食品液汁的冻结过程。食品液汁冻结的冰结晶体可大可小，大晶体往往使食品细胞组织破坏，当食品解冻时液汁就不能回到细胞中而使食品的质量降低。通常，希望食品在冻结时，食品内的液汁能结成微小的冰结晶体均布于食品组织之内，而不破坏食品内部组织。这样，在解冻时能增大过程的可逆性，恢复食品的滋味和营养价值。因此，在冻结食品时，希望采用快速冻结法一一“速冻”法，以达到食品冷藏贮存的预想效果。 3．4空气流速对对冰箱中食品贮藏质量影响的研究
冰箱中的食物保存质量不仅直接依赖于箱内的空气的温度分布还依赖于其速度分布。食品在储藏过程中，不可避免的会产生干耗，为了减少干耗，目前都采用透气性差的材料包装产品，但是，温度波动幅度太大会引起内部干耗，箱内温度在升高的一段时间后再降低，首先受影响的是包装，因为它比里面装的产品还要冷。所以，在包装的内表面将产生水蒸气的凝结。由于干耗过程是不可逆的，水蒸气聚集成水或在包装内侧结霜，这种现象在冻结产品的包装内存在自由空隙的情况下是很常见的，对于某些蔬菜这种干耗可达8％。按照盖克(Gac)的数据，温度波动在±3．5～±6。C时的内部干耗比温度波动为±0．75～±1。c时的内部干耗高4倍左右。因此，不管温度高低。为了防止增加干耗或内部干耗，以及某些产品质量变坏，温度波动的幅度和持续时间都应该保持在较小的范围内。
3．5本章小节
本章主要介绍了食品保藏的一些基本知识，突出了电冰箱在食品贮存中起的作用。另外，还着重叙述了电冰箱箱内温、湿度和速度对食品贮存质量的影响。从这些介绍中我们可以更加清楚地认识到模拟和优化电冰箱箱内气体温度场和速度场对食品保藏的重要性。
第四章 Fluent软件及其在研究中的应用
4．1 Fluent软件概述
Fluent软件为美国Fluent公司的软件，其最新版本为Fluent6．1。它是近年来CFD(Computational Fluid Dynamics)软件中应用较为广泛的一种。CFD技术，即流体力学技术，随着计算机技术的推广普及和计算方法的新发展，几十年来取得了蓬勃的发展。它是目前国际上一个强有力的研究领域，是进行“三传”(传热、传质、动量传递)及燃烧、多相流和化学反应研究的核心和重要技术，广泛应用于热能动力、航空航天、机械、土木水利、环境化工等诸多工程领域，暖通空调与制冷行业是CFD技术应用的重要领域之～。由于数值模拟相对于实验研究有很独特的优点，比如成本低，周期短，能获得完整的数据，能模拟出实际运行过程中各种所测数据状态，对于设计、改造等商业或实验室应用起到重要的指导作用，故而CFD技术得到了越来越多的应用。Fluent软件作为工程运用的CFD软件，针对每一种流动的物理问题的特点，采用对应的数值解法，在计算速度、稳定性和精度方面达到最佳。它可以计算流场、传热和化学反应。其思想实际上就是做很多模块，这样只要判断是哪一种流场和边界就可以拿已有的模型来计算。由于囊括了Fluent DynamicInternational(比利时Polyflow)和Fluent Dynamic International(FDI)的全部技术力量(前者是公认的在粘弹性和聚合物流动模拟方面占领先地位的公司，而后者是基于有限元法CFD软件方面领先的公司)，因此Fluent软件能推出多种优化的物理模型，如定常和非定常流动；层流(包括各种非牛顿流模型)；紊流(包括最先进的紊流模型)；不可压缩和可压缩流动；传热；化学反应等等。对每一种物理问题的流动特点，有适合它的数值解法，用户可对显式或隐式差分格式进行选择，从而在计算速度、稳定性和精度等方面达到最佳。Fluent将不同领域的计算软件组合起来，成为CFD计算机软件群，软件之间可以方便地进行数值交换，并采用统一的前、后处理工具，这就省去了科研工作者在计算方法、编程、前后处理等方面投入的重复、低效的劳动，而可以将主要精力和智慧用于物理问题本身的探索上。在Fluent中，可以采用Gambit的专用前处理软件建立物理模型和划分网格。另外，物理模型也可以和其他常用软件(如 Pro／ENGINEER、ANSYS、AUTOCAD等)很好地相互兼容。对二维流动，可以生成三角形和矩形网格；对于三维流动，则可生成四面体、六面体、三角柱和金字塔等网格：结合具体计算，还可生成混合网格，其自适应功能，能对网格进行细分或粗化，或生成不连续网格、可变网格和滑动网格。正是由于Fluent软件的上述特点，使得它在冰箱的研究和开发中也起到了越来越重要的作用。 4．1．1 FIuent软件的结构
一般结构CFD软件的一般结构如图4-1所示。
图4．1 CFD软件的一般结构
Fig．4·1 General structure of CFD software
其前处理、求解器及后处理三大模块，各有其独特的作用，分别表示如下： l几何造型
前处理1网格自动生成技术
求解器 a．确定CFD方法的控制方程(N—S方程，湍流模型) l b．选择离散方法进行离散
c．选用数值计算方法（SIMPLE系列.MAC系列）
I d．输入相关参数． l 初始条件II．边界条件 I III．松弛因子 lⅣ．物性参数 I V．其它
后处理速度场、温度场、压力场、浓度场及其他参数的计算机可视化及动 画处理
4．1．2 FLUENT软件的求解过程
F1uent软件包包括Fluent、prePDF、Gambit和TGrid等产品，图4—2给出了 它们之间的组织结构。
图4-2基本程序结构
Fig．4-2 Basic structure of program
F1uent的计算过程，又可以根据各个解算器之间的关系分为独立计算和耦合计算过程。其计算过程分别如图4—3和图4-4所示。
图4-3耦合计算器的求解过程
Fig．4-3 Solution procedure for the coupled solver 图4．4独立解算器的求解过程
Fig．4—4 Solution procedure for the segregated solver
4．2 FIuent软件在冰箱模拟中的应用
以往在冰箱的设计与开发及其它行业中，一般只能依靠经验和试验及简单的 理论分析来完成，其一般过程如图4-5所示。 方案 详细 制造样 测试评估和 可否 投产 设计 设计 机或出 专家论证其 通过 或实施
工程图 性能和质量
f f否
图4-5传统设计过程
Fig．4—5 Traditional design process
在这种设计过程中，设计可行与否往往取决于试验，为保证性能稳定，就不得不进行大量试验，而且，产品方案的筛选和优化是在设计、制造、测试部门之 间进行大循环，由于牵涉的环节多，产品的开发周期长，费用高：对工程设计而言，往往需要进行方案选择、优化，这一工作一般是靠经验完成，难免导致方案可靠性降低，从而引起设计失败。CFD的应用则改变了这种传统的设计过程，由于CFD软件可以相对准确地给出流体流动的细节，如速度场、压力场、温度场或浓度场分布的时变特性(不定常特性)，因而不仅可以准确预测流体产品的整体性能，而且很容易从对流场的分析中发现产品或工程设计中的问题，据此提出的改进方案只需重新计算一次就可以判断、评估改进是否有效，并更容易得到某些规律性的知识。这样，产品或工程的设计与优化很少依赖经验或试验，试验(或经验)的目的最多是进一步验证产品性能或设计过程的合理性。现代设计过程应具有如图4．6所示的结构。
图4．6现代设计过程
Fig．4—6 Modern design process
在这一过程中，用虚框表示的环节“试验验证或专家评估”与传统设计过程 的相应环节“测试评估或专家论证”的工作量相比大为减少，因为传统设计过程中“测试评估”所包含的试验往往是探究性试验，需要有大量的“试验样本”，
才能从这些“试验样本”中找到规律。而现代设计过程中，“试验样本”这一环 节中的大量工作已通过CFD工作完成，即通过CFD工作形成大量的“虚拟试验样本”，无需或只需极少实际的“试验样本”即可检验CFD方法的可靠性、正确性，故现代设计过程之工作量大为减少。在这种现代设计过程中，方案设计在整个设计循环中占有很大的比重，特别是方案设计阶段的CFD分析占有相当重要的地位，方案的筛选是以科学性的分析为基础，因而比较容易保证设计成功和产品质量的稳定，而且它将传统设计的大循环过程转变为方案设计带有预测性质的校验循环(验证循环)，当设计已经基本达到设计要求时再转入通常的详细设计，大大减少了设计过程的中间环节。另外现代CFD分析技术的发展不仅大大减少试验次数，甚至完全取消试验，即所谓的“虚拟产品开发”Virtual ProductDevelopment，简称VPD)。因此，CFD技术的大量应用能显著缩短设计周期，降低费用。
4．3本章小节
本章首先介绍了CFD软件Fluent的应用范围和优点，其次对其软件结构和一 般求解过程作了简要的说明，使我们了解后面的应用更加容易。最后对该软件在冰箱设计和优化中起到的作用进行了阐述。
第五章数学模型和数值计算
5．1数学模型
数学模型将主要讨论计算的物理模型和边界条件、冷藏室内网格的划分和离散化、空气的相关方程等。 5．1．1物理模型和边界条件
图5-1冰箱内部结构
Fig．5-1 Internal structure of refrigeratory
图5．1所示为冰箱内部结构，经过简化和整理后的冷藏室内空气流动区域如图5．2所示。冷藏室高度为750mm，宽度为355mm，长度为415mm。蒸发器管通过 一块紧贴在箱背内壁的金属板与冷藏室内空气进行热交换。该板的尺寸为 340mmx250mm。箱内搁板为玻璃板，厚度为4mm。箱内搁板与蒸发器之间的距离为AI(如图5-2所示)。计算过程中视蒸发器表面与内壁面的温度为已知，蒸发器表面、内壁面以及玻璃板表面的的空气速度为零。
图5-2冷藏室内部结构
Fig．5-2 Internal structure of refrigerator
在整个冰箱中蒸发器的形式、位置和温度对冰箱的性能和食品的保藏有着重要的影响。本课题中对蒸发器温度边界条件的指定也有重要的意义。蒸发器表面的温度往往沿着高度方向有比较大的变化，而在Fluent软件中默认情况下只能指定壁面温度为常数。所以，我们需要先根据有限的试验数据对蒸发器表面温度进行曲线拟合，然后采用以c语言格式编写的自定义函数通过一定的接口导入到Fluent中。我们首先对蒸发器表面温度进行拟合，其中一组数据如图5—1所示。
表5．1蒸发器表面温度
Tab．5-l Temperature value On the evaporator surface
序号 11 13 12 14 15 16 Y(mm) 70 130 190 250 310 370 t(o c) -25．0 -23．6 —16．8 -13．4 —4．1 1．6