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1、第一部分冰箱冷柜制造技术 风冷冰箱风量计算及验证方法研究 史 慧 新 宁 志 芳 张 贤 中 吴 默 (美的冰箱事业部， 23 61) 摘 要： 目前， 关于风冷冰箱的风量研究关注比较少， 本文针对性的研究了风冷冰箱风量确定的理论计算方法及实 验验证方案。通过理论及经验数据分析确定， 影响风量的因素为热负荷及进出风口的空气焓差;影响风压的主要因素为 进出风口温差、 出风与换热器温差、 蒸发器结构尺寸。理论关联式不但可以指导风机初选， 还可以论证很多设计规律。实 验方案及数据验证了关联式的可行性， 结果相差8% ,对冰箱风量设计具有普遍适应性。 关键词 ： 风 量 影 响 因 素 关 联 式 实
2、 验 验 证 Research on Air-cooled Refrigerator Air Volume Calculation and Validation Method Shi Huixin, Ning Zhifang, Zhang Xianzhong, Wu Mo ( Midea Refrigeration Drvison, 230601) Abstract ： Research on air-cooled refrigerator air volume has less attention, So in this paper, the corre sponding research
3、of air-cooled refrigerator air volume to determine theoretical calculation and experimental veri fication plan. Through theoretical and empirical data analysis to determine the factors affecting air volume to de termine for the heat load and into the outlet of air enthalpy difference ； The main fact
4、ors influencing the air pres sure to the outlet temperature, the wind temperature difference and heat exchanger, as well as the structure of the evaporator size. Theory of relational can not only guide primary fan, but also demonstrate a lot of design patterns. The experiment scheme and verify the f
5、easibility of relational data, the results are 8% , the refrigera tor has universal adaptability airflow design. Keywords： Air quantity, Influencing factor, Correlation type, experment and confirmation. 究过程中， 鲜少有人特别关注。风量在冰箱风道流 体仿真中往往是给定参数， 主要依靠温度均匀性来 判断取量是否合适， 但在实际应用中， 风量的大小 不但与风道有关， 还与制冷系统及箱体热负荷息息
6、相关。为此， 本文针对性的研究了风冷冰箱风量确 定的计算方法,并通过大量实验对计算公式进行修 正,同时也确定了风量大小的实验验证方案。 2影响风量的主要因素 风道中风量并非越大越好， 也不是越小越好。 第一作者简介： 史慧新， 女 ， 本科学历， 2004年毕业于合肥工业大学热能与动力工程专业， 现任合肥美的冰箱有限公司， 从 事冰箱制冷系统的研究与设计工作。 1前言 风冷冰箱因无需除霜、 使用方便、 高端大气等 优点而倍受消费者欢迎。据统计,2014年 ， 风冷冰 箱销量占冰箱销售总量的40% ， 因其价格越来越 低,容积越来越大， 更能满足用户的使用需求， 大有 替代直冷冰箱的趋势。正因如
7、此， 冰箱企业对风冷 冰箱的研究、 开发、 生产给予了很多的关注和极大 的资源投入， 风机设计、 风道优化的仿真技术尤为 突出。风量是一个非常重要的参数,但在风道的研 101 2015年中国家用电器技术大会论文集 当制冷系统制冷量一定时， 风量过大， 风速过快， 没有过多的冷量可以由蒸发器带到箱体空间， 反 而会增加风道风阻， 产 生 涡 流 ， 噪 声 大 ， 耗功高。 风量过小， 冷 量 在 蒸 发 器 处聚集,无法散发至箱 体 ， 冷量损失大， 制冷效率低。很多文献通过大量 实验已论证了一个规律， 低风速时， 风量的提髙对 换热增加趋势较明显， 当风速増加到一定程度是, 换热量的变化趋于
8、平缓， 风量的增加对蒸发器换 热的影响是有一定限度的。 风冷冰箱风量确定受多种因素影响， 其中热 负荷及温差是影响最大的两个变量。无论是理论 计算分析还是实践测试结果， 都确定这两个指标 是风量设计的直接影响因子。热负荷越大， 需要 的制冷量越大， 风量需求量也越大, 即风量与热负 荷成正比关系。温差主要由进、 出风口的干球温 度及湿球温度确定， 这些参数直接决定了进、 出风 口空气的焓值， 焓差越大所需风量越大， 焓差越小 所需风量越小。 风量确定时需同步确定静压及全压才可以进 行风机选型。风压基本上相当于风道的风阻。有 研究表明,冰箱风道的风阻主要由三部分组成， 分 别是出风风道、 蒸发器
9、及回风风道。出、 回风的风 道阻力可通过温差进行计算， 蒸发器的阻力主要 由其结构及蒸发温度决定的。因此风压的影响参 数可以确定为温差及蒸发器结构尺寸， 温差包括 进出风口温差、 出风与换热器温差。 空气循环过程中抽屉、 格架、 食物等的影响也 直接关系着风机风量、 风压的需求， 但因这些影响 因素并非标准参数， 而是随着结构设计、 使用的情 况而变化,故不作为重要因素进行研究， 可在进出 口温差设计时体现这部分的影响。 2风量计算关联式 具体风量的计算关联式为： Va = Gda X (1) =R g x(273+Tai) x(l+0.0016 x d j -101320 (2) Gda =
10、 Q0 x3. 6-i- (l2 - l j) (3) 式 中 :Va风量， 即空气体积流量， 单 位 为m3/h; Gda循环空气量,单位 为Kg/h; Vr进风口状态下干空气比容,单位为m3/kg; Rg气体状态常数,287. 4J/ (kg. K) ; Tai_ 进风口空气干球温度， 单 位 为 ; Ta2_ 出风口空气干球温度， 单 位 为 ; 山一进风口空气含湿量； d2_ 出风口空气含湿量； Q。 一箱体热负荷， 单 位 为W; I2 出风口空气培,单位为J; 进风口空气焓， 单位为J; 具体风压计算关联式， 如下： AP = APj + AP2 (4) APt -9. 81 x
11、A x C x pt x ( (jl x Pf) 17 (5) AP2 =pf xjj,2 2 (6) jjl=V2 - (AxC) (7) V2 = Q x pf + (Ta! _Ta2) + Cpa + 1000 (8) A = L-r(n b x n j) (9) C=S2x n b x O. 001+0.01 (10) L = F0 -F1 (11) Fo=Qo + (Kx0o) (12) K0 = l F! -(a ix F i) + r + l/a j (13) 00 = (Tai - Ta, ) /LIN (Ta, - T0) / (Ta2 - T0) (14) 式 中 :AP风
12、压,单位为P a; A PI静 压 ,单 位 为P a; AP2动压， 单位为P a; A一蒸发器宽， 单 位 为m; B一蒸发器髙， 单位 为m; C- 蒸发器深， 单位 为m; p/ _ 空气密度,1. 39kg/m3 ; At风速， 单位 为m/s; Cpa空 难 压 比 容 ， 1.092kJ/ (kg_ k) ; L一翅片管总长， 单位 为m; nb一垂直气流方向管排数； Hi-沿气流方向管排数； S2管排距， 单 位 为mm; F0传热面积,单位为m2; F1 系数， 0.2242; K0传热系数； 第一部分冰箱冷柜制造技术 00传热温差,单位为丈； T0蒸发温度,单位为t; d热
13、系数,226. 13; j 翅片侧污垢， 接触等热阻之和， 0. 0048; a j空气侧当量全换热系数,19. 89; 利用上述关联式进行计算， 不但可以对风机风 量和风压进行初选， 而且可以总结很多设计规律， 对 理 论 分 析 进 主 要 规 律 简 单 总 结 如 下 。 图 1 所示规律说明负荷增加所选用风机风 量 、 风压增加， 蒸发器长度及风速増加。同时也说 明在进行风量计算之前,热负荷计算也很重要， 热 负荷计算的准确度会影响风量计算的准确度。 图 2 为进出风口温差变化对风量的影响分 析 ， 出回风温差越小箱内温度越均勻， 所需风量、 风压越大， 风速越高， 其他部件影响很小
14、;减小出 回风温差需增加风机风量及风压、 提高风速。在 做温差设计时不但要考虑制冷效率， 还要考虑冰 箱的经济性， 选取合适的设计参数。 图 3 为出风温度与蒸发温度差A d变化的影 响分析， 数据表明若要减小出风温度与蒸发温度 温差， 则需加大风机风压(提高风速） ， 加大蒸发器 换热面积， 两者同步进行。 3实验验证 虽然利用关联公式可以简便地计算风机的风 量和风压,但这个结果仅能作为初始设计参数， 与 实际系统有些偏差。在工程实践中， 冰箱开发成 型后还需进行实验检测， 以便验证设计的准确性， 同时对风机风量进行微调。通过多个产品的实验 检测积累， 我们总结了一种比较简单但很实用的 检测
15、方法。 以某一型号风冷冰箱为例， 首先输入关键设 计参数， 进行风机初选， 如 表 1。 实 验 验 证 方 案 ： 通 过 调 整 风 机 的 电 压 或 转 速 变 换 风 机 风 量 ， 进行不 同 风 量 下 冷 却 速 度 实 验 ， 环 境 温 度 为 32丈 ， 结 果 如 图 4 。图中变化趋 势 说 明 ， 随 着 风 量 的 不 断 增 加 ， 蒸 发 温 度 、 进出 风口温度变化逐渐减小； 冷 却 速 度 先 加 快 ， 后基 本 无 变 化 ， 拐 点 位 置 的 风 量 为 53m3 /h， 与计算 结 果 相 差 8 % 。 负荷（w)负荷（w) 图 1负荷变化的
16、影响 (m/s) 图 2 出、 回风温差变化 2015年中国家用电器技术大会论文集 Mi (m/s) 图 3出风温度与蒸发温度差A d变化的影响 表 1风机计算选型案例 Q r ai T减小出风温度与蒸 发温度温差， 则需加大风机风压(提高风速） ， 加大 蒸发器换热面积， 两者同步进行。 通过不同风量冷却速度实验可以确定此负荷 下冰箱所需风量， 冷却速度、 蒸发温度、 进出风口 温度基于平稳的拐点即可认为是目标风量值。此 方法测得的数据与理论计算结果相差8% ,可以认 为此关联式是科学可行的,对风冷冰箱风量计算 具有普遍适应性。 参考文献 1 吴业正.制冷原理及设备M . 西安交通大学出版 社 ,2013. 2 吴业正.小型制冷装置设计指导 M . 机械工业出 版 社 ,2001. 1第一部分冰箱冷柜制造技术 105
