风冷冰箱

基于Fluent的风冷冰箱结霜化霜控制系统设计

韩士萍;马辉

【摘要】Thedesignschemepropodcreamtechnologybyaircooling,

theanalysisoftherefrigeratorundertheeffectsofdifferentfactorsonthe

temperatureandhumidity,airflowfieldandpowerconsumptionchange.

Onthebasisofusingfluentinsomematuremoduleisudformodeling

andSimulationoftheentirerefrigeratorsystem,thusthedesignof

hardwarecircuittocompletethestudyofair-cooledrefrigeratorcontroller.

Badontheanalysisoftheoryandpracticecombinationofair-cooled

frostfreerefrigeratorcontrolstrategyisfeasible.%该设计方案提出运用风冷

无霜技术，分析冰箱在不同因素影响下的温湿度、气流场和耗电量变化，在此基础

上利用Fluent中一些成熟的模块对冰箱整个系统进行建模仿真，由此设计硬件电

路来完成风冷冰箱控制器的研究。基于理论与实践分析相结合的风冷无霜冰箱控制

策略方案是可行的。

【期刊名称】《湖南城市学院学报（自然科学版）》

【年(卷),期】2016(025)006

【总页数】2页(P85-86)

【关键词】结霜;化霜;风冷冰箱

【作者】韩士萍;马辉

【作者单位】六安职业技术学院，安徽六安237158;六安职业技术学院，安徽六

安237158

【正文语种】中文

【中图分类】N945.23

由于风冷无霜冰箱在冰箱行业中研发、制造、生产和销售的比例越来越大，但风冷

无霜冰箱在制冷结霜保湿除霜过程中会产生冷热交替，消耗较多的能量，制冷设备

的高效节能降耗是缓解能源紧张、可持续发展的途径之一和研究热点，因此开发出

一套比较实用的风冷冰箱结霜化霜加热保湿控制模型，优化风道设计，提高制冷系

统的效率具有重要的现实意义。

目前，国内外对冰箱温度均匀宿舍管理制度 性进行了大量研究，采用DPIV粒子成像技术对冰箱

内部流场进行实验研究，展示了箱体内结构布局和出风口布局对各间隔室内流速和

流量的影响,但PIV技术成本太高，试验周期和检测过程也很长[1-4]；上海交通大

学丁国良等通过CFD分析冰箱存在的温度不均匀性,提出增添轴流式风扇并优化出

风口截面形状等[5]；台湾明道大学杨恺祥等采用研究重力作用和风口布

局对箱内流场和温度场的影响[6]。风冷热泵室外侧蒸发器极易结霜，霜在换热器

表面的沉积增加了冷壁面与空气间的导热热阻，恶化了传热效果；同时，霜层的增

长产生的阻塞作用大大增加了空气流过换热器的阻力，在以风机驱动的换热器中造

成气流流量下降，使蒸发器的换热量大大的减少[7]。各国学者对简单的几何形面

物体，如平板、圆柱、同心圆等结霜的研究已经进行的比较深人[8]，但对于翅片

管蒸发器结霜的研究相对较少，部分学者进行了翅片管式蒸发器结霜的研究，但仅

限于研究空气参数对换热器结霜的影响，而很少研究片管式蒸发器结构参数对结霜

的影响，因此目前十分缺乏蒸发器优化设计的依据。基于Fluent的风冷冰箱结霜

化霜控制系统研制方案设计解决风冷冰箱的结霜化霜控制技术和制冷间室气流场仿

真模型，达到翅片式蒸发器的合理设计、风道口的最优结构和一整套的风冷冰箱结

霜化霜控制系统。

主要是在分析国内外研究基础上，针对风冷冰箱样机进行大量的实验测试，包括不

同工况下的耗电量、出风特性、翅片式蒸发器化霜结霜特性和制冷间室温湿度监测

实验；针对冰箱整个系统的工作进行理论研究，并有针对性地完成了对翅片式蒸发

器和风道结构的数学模拟计算，分析蒸发器结霜化霜周期和风门风道送风之间的变

化关系，进而提出合适的控制系统和风道结构的设计方法，并通过建立数学模型，

对风道和冷藏室进行三维内流场数值计算，通过最终实验结果对风冷无霜效果进行

分析对比。

本设计方案的研究对象是风冷无霜冰箱，采用智能化霜除霜控制系统，运用

Fl穿破石的功效 uent软件建模分析风道结构和内部流场，实现对冰箱冷藏室和冷冻室的精确温

度控制，达到无霜和节能的目标。

（1）冰箱制冷系统中的各个部件都会对冰箱的性能产生影响，在不同的工况下变

化也有很大不同，因此选择最佳的测试参数进行研究对实验效果会产生很大的影响。

如图1所示为环境温湿度与冰箱性能关系图。

（2）在各测试参数中，制冷间室温湿度，环境温湿度、风道结构和翅片式蒸发器

的结霜化霜特性对风冷冰箱间室温度差和耗电量起到关键影响，具有比较高的研究

价值，因此选择这三个参数作为实验测量数据。采用Fluent软件对冰箱制冷间室

气流场进行建模。整个测试系统原理如图2所示：

（3）采用冰箱性能测试实验室、冷藏、冷冻间室布置温度传感器，实验室间室布

置温湿度传感器，翅片蒸发器附近布置摄像头，通过工业计算机实施查看各参数的

变化。

（4）设计一种结霜化霜加热保湿控制器，通过软件建模过后的参数计算优化，设

计控制器的硬件电路和程序编写，通过实际实验进行验证，验证过程中同样不断调

整参数，完善建立的模型。

（5）控制器安装的位置和外部塑壳的保护性，风道风门的设计充分考虑气流场的

数学模型，完成样机的制作。

该设计方案运用风冷无霜技术，提出一种有效的化霜加热控制方法是有效的分析冰

箱在不同因素影响下的温湿度、气流场和耗电量变化，在此基础上利用Fluent中

一些成熟的模块对冰箱整个系统进行建模仿真，由此设计硬件电路来完成风冷冰箱

控制器的研究。综上所述，基于理论与实践分析相结合的风冷无霜冰箱控制策略方

案是可行的。

[1]孟祥兆，俞炳丰,间歇式冰箱冷藏室内流场的粒四大特色 子图像速度场实验研究[J].西安

交通大学学报2007.9（41）：1075—1079.

[2]LeeIS,BaekSJ,ChungMK,ofairflowcharacteristicsin

therefrigeratorusingPIVandcomputationalsimulation[J].FlowVisual

ImageProcess1999（6）:333–42.

[3]BenAmara,S.;Laguerre,O.;Charrier-Mojtabi,M.-C.;Lartigue,B.;Flick,D.

PIVmeasurementoftheflowfieldinad地震手抄报 omesticrefrigeratormodel

Comparisonwith3Dsimulations[J].InternationalJournalofRefrigeration,

2008.31(8):1328—1340.

[4]Lacerda,,C.;BarbosaJr.,J.R.;Duarte,ementsof

theairflowfieldinthefreezercompartmentofatop-mountno-frost

refrigerator:Theeffec乐得 toftemperature[J].InternationalJournalof

Refrigeration,2005.28(5):774—783.

[5]Guo-LiangDing,improvethermal

uniformityinsidearefrigerator[J].AppliedThermalEngineering2004(24):

1827–1840.

[6]Kai-ShingYang,stigationofatop-

mounteddomesticrefrigerator[J].Energy英语签名 ConversionandManagement.

2010(51):1422–1427.

[7]ONealDL,woffrostformationinsimplegeometries.

ASHRAETransations,1985;91(2A):267-281.

[8]TaoYX,BesantRW,maticalmodelforpredi爱没有距离 cting

ss

transfer,1933;36(2):353-363.