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上海跃进医疗器械有限公司高低温试验箱内温度场实验及数值研究

[导读]​高低温试验箱内部循环风速的大小对试验区的温度变化速率和温度场均匀性有着关键性作用,为了提高温变速率和温度场的均匀性,以内箱体积576 L的高低温试验箱作为研究对象,通过数值模拟分析6种送风方案

高低温试验箱内部循环风速的大小对试验区的温度变化速率和温度场均匀性有着关键性作用,为了提高温变速率和温度场的均匀性,以内箱体积576 L的高低温试验箱作为研究对象,通过数值模拟分析6种送风方案(送风风速依次为1、2、3、4、5、6 m/s)下试验箱内试验区的温变速率、温度场,并计算分析能量利用系数。结果表明,方案1、2、3的温度场均匀性较差,故排除。然后再对方案4、5、6做进一步的流场和温度场分析,排除方案4。最终通过对回风口的风速和温度的不均匀系数的计算结果进行比较可知,该型号试验箱的送风风速可选择为5~6 m/s。


高低温试验箱是检测电子产品和其他材料在高低温环境下工作性能的一款试验箱,试验区内的温度波动度和温差效应对试验产品的研究结果有着不同程度的影响,导致实验结果出现偏差,而环境试验箱是通过气流维持试验区温度场的均匀度,因此研究不同气流形式对试验区温度场的影响具有重要意义。

通过高温和低温进行物料的加工或存储的设备内部温度都是利用空气的流动进行控制。一个良好的气流组织形式可以有效地提高温度场的均匀性。目前已有大量的关于气流对温度场的影响研究,并取得了丰硕的研究成果。Li等[1]通过调节冷气的进出口位置,以减小酒柜内部的温差。杨先亮等[2]研究了干燥塔内部的不同结构对空气流通的影响。Moureh等[3]研究证明了良好的气流形式可以有效地降低冷藏车内部温差。李婷婷等[4]研究了不同送风方式对热通道封闭数据中心热环境影响。程琼仪等[5]分析研究了进风位置对纵向通风叠层鸡舍气流流场和温度场分布的影响。Lin等[6]研究了不同送风风量对室内垂直温度的分布影响。Akdemir等[7]优化了冷藏库的流场分布,提高了冷冻效果。另外还有大量的关于冷藏车内部物品的堆放形式与循环气流之间的相互作用对冷藏效果的影响研究[8,9]。

根据上述研究成果可以知道气流对温度场有着直接影响作用,可以通过调节气流的流动方式改善高低温设备的工作性能。对高低温试验箱内的循环风速对温变速率和温度场均匀性的影响进行研究,为提高内箱试验区的温度变化速率和温度场的均匀性,必须提高循环风速。另一方面,风速过大会导致实验品与箱内气流的热交换变快,增加了试验误差。因此,研究循环风速与温变速率间的关系对于提高高低温试验箱的性能具有重要的意义。

现以广东立佳实业有限公司生产的某型号高低温试验箱为研究对象。该试验箱的升温速率为 9 K/s, 降温速率为5 K/s, 由于降温速率小于升温速率,而温变速率越慢所需要的循环风速越小,因此只研究升温情况下送风风速对试验箱温度场的影响,分别分析6种送风方案对试验箱温度场温变速率与均匀度的影响,通过对6种送风方案进行数值模拟计算选择出最佳送风风速。

1 物理模型

1.1 试验箱结构和几何尺寸

高低温试验箱的外箱材料为冷轧纯钢板,内箱材料为SUS304,保温材料为聚氨酯发泡板,其内部结构模型如图1所示。试验区尺寸为1 200 mm×800 mm×600 mm; 送风口4个,尺寸为100 mm×100 mm; 风道尺寸为1 120 mm×330 mm×90 mm; 防爆窗尺寸为130 mm×200 mm×200 mm; 回风口尺寸为1 000 mm×70 mm; 排烟口尺寸为ϕ100 mm×130 mm。该高低温试验箱采用上送风、下回风的循环气流方式控制箱内温度场。



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