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中國(guó)冷庫(kù)行業(yè)需求
來(lái)源:上秋制冷 作者: 發(fā)布時(shí)間:2020-10-27 228次瀏覽
   近年來(lái)隨著人民生活水平的提高,人們對(duì)冷凍冷藏食品的依賴度越來(lái)越高。冷庫(kù)行業(yè)得到快速發(fā)展的同時(shí),冷庫(kù)的能耗也逐年升高。在―節(jié)能減排的大背景下,冷庫(kù)的節(jié)能研究得到越來(lái)越多的關(guān)注。
 
   冷庫(kù)中食品加工過(guò)程包括冷卻、冷藏和凍結(jié)等,不同的食品加工過(guò)程具有不同的特點(diǎn)以及工藝要求,然而,現(xiàn)有的冷庫(kù)的節(jié)能優(yōu)化研究大都單純地從冷庫(kù)動(dòng)力系統(tǒng)的角度出發(fā),并未充分考慮不同食品加工過(guò)程的區(qū)別。
  
   另外,現(xiàn)有研究大都使用靜態(tài)優(yōu)化方法,這些方法適用于食品冷藏等連續(xù)過(guò)程,并不適用于食品凍結(jié)和冷卻等間歇過(guò)程。本文針對(duì)冷庫(kù)中包裝食品的凍結(jié)過(guò)程進(jìn)行節(jié)能優(yōu)化研究,在單體食品凍結(jié)過(guò)程和冷庫(kù)中食品凍結(jié)條件分布研究的基礎(chǔ)上,對(duì)食品凍結(jié)過(guò)程進(jìn)行動(dòng)態(tài)優(yōu)化,提出基于食品凍結(jié)工藝要求的分段凍結(jié)系統(tǒng)及其運(yùn)行方式。
 
   首先,針對(duì)冷庫(kù)內(nèi)帶包裝食品的凍結(jié)過(guò)程,建立單體包裝食品的凍結(jié)過(guò)程模型。使用焓法建立食品內(nèi)部傳熱過(guò)程模型,以自然對(duì)流和輻射換熱處理食品自身與包裝之間的空氣層內(nèi)部的傳熱,使用CFD方法模擬食品周?chē)目諝鉁囟纫约笆称穼?duì)流換熱系數(shù),最后通過(guò)迭代方法對(duì)包裝食品的凍結(jié)過(guò)程進(jìn)行模擬。通過(guò)不同包裝分割肉的凍結(jié)實(shí)驗(yàn)對(duì)模型進(jìn)行驗(yàn)證,結(jié)果表明,本文提出的模型相對(duì)于使用導(dǎo)熱或者忽略空氣層的現(xiàn)有處理方法,能夠更加準(zhǔn)確的模擬包裝食品的凍結(jié)過(guò)程。 
   
    在單體食品凍結(jié)過(guò)程模擬的基礎(chǔ)上,對(duì)凍結(jié)間內(nèi)空氣參數(shù)分布進(jìn)行模擬,研究了食品凍結(jié)條件分布對(duì)于食品凍結(jié)的影響。首先通過(guò)風(fēng)道數(shù)值模擬,計(jì)算不同空氣參數(shù)下的食品對(duì)流換熱系數(shù)并擬合成無(wú)因次關(guān)聯(lián)式。然后,使用CFD方法模擬凍結(jié)間在空庫(kù)和滿載情況下的流場(chǎng)和溫度場(chǎng)分布,計(jì)算凍結(jié)間內(nèi)不同位置食品的凍結(jié)條件,并進(jìn)行敏感度分析以研究?jī)鼋Y(jié)間內(nèi)空氣溫度和空氣流速對(duì)于食品凍結(jié)過(guò)程的影響。最后,對(duì)凍結(jié)間內(nèi)食品凍結(jié)條件進(jìn)行不均勻度分析,以研究不同冷風(fēng)機(jī)風(fēng)量下,凍結(jié)間內(nèi)不同位置食品的凍結(jié)過(guò)程差異。
 
   對(duì)于凍結(jié)間內(nèi)食品凍結(jié),建立凍結(jié)過(guò)程工藝要求評(píng)價(jià)指標(biāo)。然后,分別建立凍結(jié)間內(nèi)間歇進(jìn)貨方式下食品凍結(jié)過(guò)程中的庫(kù)房空氣模型、食品凍結(jié)模型、圍護(hù)結(jié)構(gòu)模型、制冷系統(tǒng)模型等動(dòng)態(tài)模型。以食品凍結(jié)過(guò)程能耗為目標(biāo)函數(shù),分別以凍結(jié)時(shí)間和凍結(jié)速率作為食品凍結(jié)工藝要求的約束條件,將約束條件以罰函數(shù)的形式寫(xiě)入目標(biāo)函數(shù)。以制冷系統(tǒng)蒸發(fā)溫度和冷風(fēng)機(jī)風(fēng)量作為凍結(jié)間內(nèi)食品凍結(jié)過(guò)程的控制變量,計(jì)算制冷系統(tǒng)蒸發(fā)溫度和冷風(fēng)機(jī)風(fēng)量的最優(yōu)運(yùn)行方式。使用迭代動(dòng)態(tài)規(guī)劃算法對(duì)于凍結(jié)間食品凍結(jié)過(guò)程的動(dòng)態(tài)優(yōu)化問(wèn)題進(jìn)行求解。
 
   結(jié)果表明,對(duì)于傳統(tǒng)運(yùn)行方式,存在一個(gè)蒸發(fā)溫度和冷風(fēng)機(jī)風(fēng)量的最優(yōu)組合,使規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成凍結(jié)最節(jié)能。在蒸發(fā)溫度保持不變或冷風(fēng)機(jī)風(fēng)量保持不變,以及兩者皆可隨意變化的條件下,凍結(jié)速率約束條件下的最優(yōu)運(yùn)行方式能夠獲得比凍結(jié)時(shí)間約束條件下的最優(yōu)運(yùn)行方式更好的節(jié)能效果。 在前述動(dòng)態(tài)優(yōu)化結(jié)果的基礎(chǔ)上,提出分段凍結(jié)系統(tǒng),在每個(gè)階段內(nèi)使用固定的蒸發(fā)溫度與冷風(fēng)機(jī)風(fēng)量,階段性的調(diào)整其運(yùn)行方式。首先以凍結(jié)時(shí)間為約束條件,優(yōu)化計(jì)算不同分段數(shù)下的最優(yōu)運(yùn)行方式,結(jié)果表明,保持食品凍結(jié)時(shí)間不變時(shí),分段數(shù)越多,最優(yōu)運(yùn)行方式下凍結(jié)過(guò)程越節(jié)能,但節(jié)能潛力都很小。然后,分析食品相變階段初始溫度場(chǎng)對(duì)于食品凍結(jié)影響,并在此基礎(chǔ)上,以食品凍結(jié)速率為約束條件,在不同的允許凍結(jié)時(shí)間下對(duì)凍結(jié)間內(nèi)食品凍結(jié)過(guò)程進(jìn)行分段優(yōu)化,得到基于凍結(jié)速率的的最優(yōu)分段運(yùn)行方式,提出凍結(jié)間內(nèi)食品分段凍結(jié)系統(tǒng)并給出其運(yùn)行方式。最后,研究分段凍結(jié)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中同時(shí)使用系數(shù)的計(jì)算方法。 對(duì)分段凍結(jié)系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)際應(yīng)用模擬及能耗分析。
 
   對(duì)于一個(gè)有多個(gè)凍結(jié)間的實(shí)際冷庫(kù),建立庫(kù)房模型和制冷系統(tǒng)模型,對(duì)其實(shí)際運(yùn)行狀況進(jìn)行模擬并與測(cè)試結(jié)果進(jìn)行對(duì)比,以驗(yàn)證模型的準(zhǔn)確性。在全年各月不同氣象參數(shù)和各月不同冷庫(kù)產(chǎn)量下,分別對(duì)傳統(tǒng)運(yùn)行方式和分段凍結(jié)方式進(jìn)行全年工況模擬,結(jié)果表明,采用分段凍結(jié)系統(tǒng),根據(jù)各月凍結(jié)食品產(chǎn)量,采用不同的凍結(jié)時(shí)間,增加了冷庫(kù)內(nèi)同時(shí)投入使用的凍結(jié)間的數(shù)量,提高系統(tǒng)的COP值,減少冷風(fēng)機(jī)的耗能和散熱負(fù)荷,能夠獲得比較好的節(jié)能效果。
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