罗琳-外文翻译

1、 本科毕业论文(设计)外文翻译 题 目垂直和水平空气幕的气动密封计算流体动力学模型 姓 名罗琳学 号2010307200110专 业机械设计制造及其自动化指导教师童宇职 称讲师 中国·武汉2014 年 3 月垂直和水平空气幕的气动密封计算流体动力学模型原文来源：J.C. GoncalvesJ.J. Costab, A.R. Figueiredob, A.M.G. Lopesb/10.1016/j.enbuild.2012.06.007 摘 要 通过纵向和横向气帘装置（ACD）这项工作获得冷冻室门口的气动密封的比较研究。当ACD安装在内部、外部或门的两侧

2、时，在不同的情况下，估计密封效率。为了这个目的，一个数值模型被开发，用于在门打开后，空气幕在过渡期间所产生的湍流的非等温的三维气流的仿真。当ACD被关闭，门在被打开或关闭时浮力引起的气流场被取为参考值，以评估密封效率。计算结果是合理的，并符合的对流现象的物理解释。与以前的研究一致，空气喷流的最佳速度被发现，对应于最高的密封效果。所获权限和内容 此模型表现出了在冷冻室外面安装ACD的优点。根据目前的研究，与水平喷射气帘（约55）相比，向下吹的风幕目前有较好的密封效果（超过70）。安装的优势冷藏室外的澳洲牧牛犬被目前的模拟显示。根据目前的研究,向下吹气窗帘现在更好的密封效率(超过70%)相比,水平

3、喷射空气窗帘(大约55%)。虽然直接空气再循环提供了更好的密封效率（80以上）时，系统的复杂性以及安装和维护成本抑制其普遍使用。亮点三维CFD模型被用来模拟不同配置的气幕。垂直空气帘安装在寒冷房屋的外面带来更好的密封效果。在向下吹气窗帘组态中，观察到最大密封效率。双床空气幕引起的密封效果堪比单气帘。 与垂直喷气幕相比水平喷气幕显示出较差的密封效率。关键字空气幕;CFD;传热;冷藏空间;能源消耗命名法（专门术语）。命名法b 喷嘴的宽度 门高度Q 内部空间的热度t 时间T 温度v 容积V 速度x,y,z 空间坐标希腊符号 初始喷射倾斜角 封口效率 空气密度标 空气幕关闭j 喷射放电特性1介绍 有几

4、种情况下配置真正的物理空间,由于种种原因,需要与外部环境隔绝开。风扇喷气组成喷气幕，再形成空气幕，在一定程度上, 保证一个封闭的空间温度和/或化学性质的稳定 ,与此同时, 允许自由设定。空气幕广泛应用于:冷房间1,2,3,4,5和6的密封入口;保护空缺的冷藏食品展示柜7,8,9和10;控制灰尘和热/湿度工业环境1112,13和14;密封工化学处理炉的访问部分15等等。由于其多种应用，风幕机设备可呈现不同的配置，其特点是：主要喷气方向（垂直或水平），存在一个即时空气再循环返回格栅，喷嘴数（单或双发空中窗帘）;风机类型，包括加热器和/或冷却空气的设备等等。 除了实验研究,计算流体动力学(CFD)是

5、常用的,采用一个二维(2 d)方法16,17,18和19,或者最近,通过三维(3 d)的透视的20,21,22和23。项工作提出了，一开始在不同温度下，用具有不同的配置的空气幕获得比较连接两个房间的门口的密封效率的三维数值模拟研究。这项工作提出了一种三维数值研究比较门口连接的密封效率两个房间,最初在不同的温度下,通过空气幕具有不同配置。2数值模型2.1域几何 物理域的几何形状由两个相邻的房间组成，它们有相似的尺寸，6米×6米×4米，由一1.8米宽2米高的门连接（图1（a），并有ACD安装在顶部。其中一个房间表示冷冻空间，以保持密封的，而另一个对应于室外环境。图1(a)的几何

6、计算域和(b)草图的计算网格(一半的物理域)。图选项空气幕设备是由一个平行六面体固体（0.7米宽，0.3米高，2米长）为蓝本。喷出喷嘴，在ACD的下表面上，具有10厘米的宽度和返回空气部分为15厘米宽。为1.9微米的长度被认为是用于将输出嘴，以确保喷射覆盖整个门宽度。2.2数值方法和解决方案过程三维数值模型是使用商业软件ANSYS CFX实现？由于计算域有一个对称平面，所以只有一半的物理域的进行了模拟。该方法基本上包括在瞬态，最初由大幕射流的数值模拟的三维紊流气流。该计算是基于雷诺的解决方案，即质量守恒定律，动量和能量的平均方程。紊流效果采用第kSST模型建模。平流和瞬态条款分别被高分辨率和二

7、阶向后欧拉公式离散化，当所有的残差变得比10-4较低时，迭代计算过程就假定足够接近收敛。在水平气帘配置中，就不再有流动对称面，因此为模拟这一时期，计算域对应于全部几何而且CPU时间几乎达到了110小时。在这一过程中，一台双核CPU E85003.16 GHz的64位私人酷睿（TM）电脑被使用，通常需时CPU反应约60小时的时间来模拟的向下吹送空气幕这一配置对应物理现象的180秒的时间。2.3独目测试 为了空间域的离散，非结构化网格被采用，确保在期望有梯度的（五图1（b）项）地区能有更好的细化。进行了测试，以验证结果与网格大小的独立性。在用网格划分面和体时，网格的间距被保持为0.02-0.15米

8、。在墙附近，棱形元素的充气层建成，使用1.3的扩展系数。从而导致在模拟域共有151857个节点。考虑到不同的时间步长：0.2秒，0.1秒和0.05秒，时间离散的影响也被证实。由于用时间步长为0.1 s和0.05的结果非常相似，所以前者也被接受。2.4边界和初始条件计算域的包络被视作防渗，只有当通过两个房间之间的门时，风的变化才被允许。作为初始条件，假设空气停滞在遍布域，在冷藏空间内部和外部环境的均匀温度分别为5°C和30°C。所有表面被认为是绝热的，光滑的和非打滑。向下喷射出口部分对应于所述计算域的入口部分，在这里温度和速度指定的。另一方面，空气返回帧是唯一的流出口（从域）

9、，相对压力在这里指定。在计算中，温度在返回部的估计平均值分配给向下喷射气流。假设有5的湍流强度值是为喷口设置的。由作者在实验室规模的设备得到的实验结果作为参照，对数值模式在先前进行验证。结果与讨论 合理的能源Q是通过冷冻室获得的，从门开放时间即时到一个通用的即时t,计算以下表达式:方程(1)Q(t)=v(t)cpT(t)Tinitdv其中时间Tinit是房间的初始温度，V，和CP分别代表的冷藏室的体积，密度和空气的恒定特定压力的热量，。空气幕的密封效率被定义为空气帘操作中获得的能量的缩减值（Q 0 - Q）与和能量Q0与门打开（与排队机关闭）的增益之间的比。方程(2)3.1向下吹空气幕3.1.

10、1空气帘安装在寒冷的房间外 最常见的配置对应位于寒冷的房间外面的ACD系统，即在较温暖的环境。气帘的密封能力，取决于射流的初始动量和在横方向上的力之间的平衡，它们被设计成相互抵消的。这种密封性能是由Hayes和Stoecker24和25定义的偏转模块表示。当安装了高度Hp后，有温度差T的两个空间之间的密封效率，依赖于正确选择工作的喷气机的喷嘴厚度B0，速度VJ和方向角j。发现对于垂直喷射，VJ，对应于最佳的密封效果的排出速度的最佳值，将作为进一步模拟配置的参考。图2（a）示出了由冷室获得的热能，从门打开（T = 0）的时刻的演变。据观察，当空气帘不工作（VJ =0米/秒）时，打开门后，早期30

11、秒，通过门口的能量流率大约是恒定的，然后将逐渐减小，直到T约等于120秒。事实上，在这个时刻，能量转移主要发生在扩散（参照图3（a）上，而通过门口的气流的扩散是相当小的。在门打开，排队机接通时，在门道的热流率几乎是恒定的，与ACD关闭时相比低得多。针对不同的排放射流速度，得到冷冻室内部获得的（a）能量和（b）密封效率的时间演化，最大效率是71.3% (Vj = 5 m/s), 67.5% (Vj = 6 m/s) and 68.1% (Vj = 4.5 m/s) Hp = 2 m, T = 25 °C, bj = 10 cm, j = 0°. 图选项图3 在t温度场=120

12、秒在垂直平面Z =2.9米：（a）与空气幕关闭(Vj = 0米/秒),和(b)Vj = 5米/秒(惠普= 2米,T = 25°C,bj = 10厘米,j = 0°)。图选项。图2(b)显示了不同射流速度的密封效率随时间的变化。对于所有的初始射流速度，快速下降的密封效率在T =30秒之后进行验证。这是由于事实上，在ACD的情况关闭下，热通量很快在此周期后减小。最大的密封效率（71.3），是当VJ= 5米/秒时获得的。然而，当t>90秒，4.5m/ s的排射流速度，可以提供更好的密封性能。最大的密封效果预测数值接近研究者获得的74，这是在实验室规模的模型下得到的价值。同样

13、Foster等得到了类似结果。 20报道的71的实验研究，考虑了门被打开后的30秒，立即取得了这一密封效果。在这种情况下，进气口在ACD的返回部分有助于在天花板附近的热分层现象的破坏，温暖的空气返回到占用区，从而导致在车厢内的温度分布更加均匀。在较高的空间，为了捕捉在天花板附近的空气，对框架返回风道的连接的使用将是有利的。这意味着使用空气幕时，一举两得。3.1.2空气帘安装在寒冷的房间图4(a)表示为空气幕的两个位置（内部和冷室外面）比较性的结果。对于用相同的喷射速度喷出，在冷的房间内安装空气幕所获得的最大的密封效率比在冷的房间外安装（58.2对71.3，对于VJ =5米/秒）验证的结果要低得

14、多。然而，即使在寒冷的房间内安装空气幕，引导喷射朝向暖空间产生的密封效果（69.6与j=-15°）等效于在外部安装空气幕获得的。这些结果与那些由高桥和Inoh实验得到很好的一致性1。即与冷房间内安装了气帘时报道的58的密封效果的情况相同。图4。空气幕安装在冷藏室内，在同一喷射放电速度以及（b）温度场平面Z =2.9米下，对于这两个配置的密封效率进行比较。Vj = 5 m/s, t = 120 s;Hp = 2 m, T = 25 °C, bj = 10 cm, j = 0°.图选项我们可以得出结论，为了最大限度地发挥密封效果，如果可能的话，空气幕设备必须安装在冷冻

15、空间之外。此外，冷藏室通常具有更高的水分含量，这可能会导致设备损坏，并且由于腐蚀，因此增加了维护成本。3.2循环向下吹空气幕在所谓的“再循环向下吹空气幕”中，有一个回风格栅在地面水平和从射流收集的空气之间，过滤处理后，在空气中通过排出喷嘴重新注入。为了模拟这种结构中，矩形围栏（2.1米长和0.3米宽）被放置在地板上，并集中在喷出喷嘴（图5（b）的垂直轴表示的进气格栅里。以下考虑先前的设置，空气的平均温度，每次计算的进气栅栏，被分配到通过排出喷嘴在接下来的时刻喷射出的空气。图。 5。瞬态密封效率的比较，参数如下，循环和非循环空气幕及（b）温度场的平面Z= 2.9的米，安装在温暖的室内空气幕和进气

16、格栅放置在地板上Vj = 5 m/s, t = 120 s; Hp = 2 m, T = 25 °C, bj = 10 cm, j = 0°.图选项结果表明，对于这样的结构，改进的最大密封效率（80.4）与该（71.3）相比，对于配置无需空气再循环（参照图5的（a）。这些结果与Hendrix等有良好的一致性。 4，他的报告说，这种类型的空气幕的密封效率可以达到80。在此配置中验证了更好的密封效果是可以理解的，因为温暖的空气射流是由吸入格栅收集等方面存在较少的空气传播流向的冷藏空间。尽管取得了如此配置更好的密封性能，但是它提出了一些缺点，即（）难以成立的返回围栏和其上面的地板

17、相对于所述喷嘴喷射面的最佳尺寸的定位; （ii）本回报栅栏和进气格栅都必须在建筑物的设计之前预先考虑;（三）安装、操作和维护的投资成本较高，（iv）关于卫生和健康问题，供给室内沿地面收集的空气可能是污染源，应该避免，至少在食品加工设施2 中应该避免此污染源。3.3两个窗帘当配备空气窗帘、食品零售展示柜包括,通常情况下,两个或两个以上的空气喷气机在不同的温度下:一个内部喷射在同一温度的室内冷环境;中央飞机返回空气的温度;在同一温度和外部飞机外部环境空气9。为了模拟配置双空气窗帘密封的应用访问冷藏室的门,两个相似的亚洲合作对话系统工作在同一条件被放置在每一方的门(cf.Fig。6(b)。两排喷嘴厚

18、度bj = 10毫米。图6.双风幕机的封口效率的变革，（二）在Z= 2.9m的平面双风幕机温度场的参数Vj = 5 m/s, t = 120 s; Hp = 2 m, T = 25 °C, bj = 10 cm, j = 0°.图选框在这种结构中，只要两股射流具有足够的初始动量，它们到达地面后就转向相应隔室方向。这一现象可以通过图来证实。从图6（b）会注意到射流之间的分离点位于门平面。此外，由于两股射流速度相似，通过门的能量传递主要原因预期为射流界面处两股射流的交流。因此，可以预期，此配置将提供比单个空气幕更好的效率。最大的密封效率为71.8和71.1，对应的射流速度分别为

19、VJ= 5米/秒和Vj=4米/秒，（参照图6的（a）在有两个窗帘排出同样的空气质量流量作为基准的情况下，对应于2.5米/ s的每次射流的排出速度我们可以期望达到同样的效果，。事实上，VJ的初始喷射放电速度为2.5米/秒是不够双射流到达地板和密封门口的。这是可以理解的，因为为确保空气幕到地板的连续性需要的条件，正比于射流的初始动量（）而不是喷射的空气质量。考虑每个喷嘴喷射B0= 5厘米厚，对于VJ =5米/秒的初始喷射速度，在此情况下，最大的密封效率为70.9。即使考虑在这种配置下，我们的结论是在密封效果方面，使用双风幕机没有优势。如果考虑到使用两个窗帘，这一结论进一步加强，购置和维护设备的成本

20、要高得更多。3.4水平风幕机横向喷射空气幕配置也常常被使用。在这种情况下，ACD垂直安装在沿门侧柱中的一个上，以确保空气幕覆盖在门的整个平面上。在本节中，考虑设在外面靠近门口的位置之一的ACD，对这种类型的配置进行了分析。对空气幕体（喷射喷嘴厚度和进气格栅）的尺寸特性进行维护，但注射喷嘴的长度为2米到包括在门的整个高度上。进气口是由一个位于空气幕装置（图7）的背面的返回格栅构成的。在这种情况下，不再有一个流动对称平面，所以模拟域对应于这两个隔室的整个几何结构。图7模拟的地理位置表示水平风幕机的位置。图选项图8（a）展示一些放射流速度的模拟结果。所获得的最大的密封效率为55.5，对于VJ =9米

21、/秒，即使在较高的初始射流速度下，也比与向下吹入空气帘验证的结果要低得多。表现不佳的原因可以从图8（b）察觉。事实上，在门打开之后，并因为两个隔室之间的空气的密度差的原因（烟囱效应24和25），射流偏转到门的上半部的冷却室及偏转朝向加热室中的下半部分。射流偏转进入门的上半部的冷却室并偏转朝向加热室中的下半部分。这种综合效应没有入口保护，使物质和能量在两个空间之间自由交换。这个可怜的密封性能也得到高桥和Inoh1实验的证实。图 8非循环水平气帘。 （一）密封效率随时间的演进（二）等值面为V=2米/秒的速度矢量和，T =30秒，与VJ= 5米/秒。图选项。高桥和Inoh1 提出了另一种结构，认为具

22、有可以被配置成沿着门的高度具有不同的初始取向角度，针对于上部的暖侧，直接正对中心并在底部指向冷侧。为了测试这种结构，喷射喷嘴被分为三段，允许施加不同的排出方向角j（图9的（b）。在图图9（a）所示，它显示的密封效率的结果为这样的结构，当射流被引导到冷侧时，喷射取向角j被认为是阳性。;虽然在与以往结构相比时，最大的密封效率66.1，为VJ= 8米/秒（j=-5°，0°，5°）和62.6的VJ= 5米/秒（j=-10°得到改善0°，10°），但密封效果仍比向下送风的情况低。此外，正如高桥和Inoh1提到的，在每一种情况中，射流最好的取向角

23、j是非常难以建立的，因为这是非常依赖于横跨门的两个温差和排放喷射速度。除了上述缺陷，还有这种类型的配置相关联的其他缺陷，如27：（1）占用气帘装置的地面有用的空间，（ii）该设备可以承受机器穿越门所造成的意外损坏，及（iii）由人或车辆时，越过气帘的总阻塞。图 9（a）随时间演化的密封效率。角度键（上，中，底; 当朝向冷侧喷射时，j> 0），以及（b）水平气帘与注射喷嘴中的三个区域划分，允许不同的定向角。图选项。3.5水平循环空气幕 补充了简单的横向气帘，考虑了新的配置，包括在喷嘴对面门框回风段（吸入格栅）。在这种结构中，循环空气被再次引导到喷出喷嘴（图10（B）。从图 10（a）所示可

24、观察到，在这种结构中，最大的密封效率是VJ =9米/秒的61.4。虽然有一种改进的非再循环的水平空气幕，但由于在两个隔室的温差产生的横向力（图10的（b），密封效果也同样由窗帘偏转而受到阻碍。这些结果与那些由Longdill和Wyborn获得的2一致，他们报的ACD的密封效率为60。图10循环水平风幕：（一）时间的密封效果和演化（二）等值面的速度vectorsV=2米/秒，T =30秒，以VJ= 9米/秒图选项。至于前面的情况，喷射喷嘴被认为是对不同的方位。人们发现，对于VJ =5米/秒（j= -10°，0°，10°），密封效率可提高到69。然而，也是在这里，在喷

25、出喷嘴的下部和上部，这是非常难以调整的最佳初始喷射方向。尽管有这样的改善，但密封效果并不如报道Longdill和Wyborn的83值2高。4结论此配置有在非循环水平气帘中描述的缺点，并提出了另一个问题：冷冻室的门通常是在外面和经营水平是滑动模式，因此，在ACD设备涵盖门门框的安装中将防止使用这种操作的门。在一个参数研究的范围内，为模拟气帘密封device使用了不同的配置，表1汇总的在最大密封效率方面的主要结果，j=0°为射流初始方向，T=25为空间之间的初始温差。对ACD不同的安装选项的性能比较是作为参考最常见的配置，即非循环向下吹空调帘，安装在温暖的空间。表1中。对不同配置研究结果

26、的比较T=25°C，HP =2米，j=0°。输入 ACD位置 BJ厘米 VJ，选择米/秒 效率max垂直非循环 暖侧 10 5 71.3垂直非循环 冷侧 10 5 58.7垂直循环 暖侧 10 5 80.4垂直（双窗帘）双方 5+5 5 70.9水平非循环 暖侧 10 9 55.5水平循环 暖侧 10 9 61.4 表选项冷侧的安装的空气幕产生最大最大效率max=58.7，这是明显低的。然而，如果喷射取向为朝向套空间中大约15°的，密封效率达到69.6（接近参考配置中，安装在温暖的空间垂直空气幕时对应的值）。这与Hayes和Stoecker24和25一般建议的一致

27、，说明该喷射帘应始终面向温暖的空间。观察到下吹空气幕空气再循环，配置最高的气动密封效果（效率max=80.4）。然而，返回的围栏和格栅具有建筑的设计过程中要被预测，并且由于其复杂性，这样的配置意味着安装和维护的成本较高。考虑安装在门口的两个相等的风幕机设备，每一方各一个，并在相同的条件下（双窗帘）工作，密封效果达到了最大70.9（VJ= 5米/秒，在每个喷嘴的配置与BJ= 5厘米）。由于这是一个整体性能接近参考配置的单个空气幕（BJ=10厘米），但并不能证明与这些结构相关联的额外成本。在水平喷气窗帘的研究中，获得的最大密封效率为61.4和55.5，这取决于一个回风段是否被考虑在内。这种结构的性

28、能差，主要是由于这样一个事实，即射流产生了挠曲变形，由热能作为驱动力，因此，诱导一些空气直接通过门口交换。为了减少这种负面影响，喷嘴被分为三部分，每一部分具有一个特定的喷射方向。虽然这种配置有一个改进的密封效果（最大的VJ= 8米/秒66.1;j=-5°，0°，5°，窗帘没有空气循环;，并为VJ=569米/秒;j=-0°，0°，10°窗帘与空气有再循环）中，密封效率仍然低于用于向下吹入空气帘。此外，我们发现，这是相当困难的建立射流喷出速度和方向的最佳组合，因为这决定性地依赖于两个空间之间的温度差。总之，可以断定的是，在分析参数的时间间

29、隔时，对一个空气幕装置的最适当的配置是在冷冻室的外面安装设备，自由的向下吹入空气幕。参考文献1K. Takahashi, M. Inoh.Some measurements on air curtain efficiency for cold rooms.Proc. 11th International Congress of Refrigeration, vol. II, Munich (1963), pp. 103510392G.R. Longdill, L.G. Wyborn.Performance of air curtains in single storey cold stores

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