【摘 要】
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中国是世界上最大的茶叶生产国,有着历史悠久的茶文化。绿茶中含有多种活性成分,如茶多酚、游离氨基酸、咖啡碱、黄酮类等,这些活性成分使茶具有多种保健功能并深受人们喜爱。如果贮藏及运输方法不当,极易使其成分发生改变,导致茶叶品质变化明显。大量研究表明,在现有的保藏方法中,低温冷藏是最先进、最有效的方法,专有的茶叶冷藏库是名优茶保存的最佳途径。本课题采用数值模拟与实验测试相结合的方法探究风道结构与导流板装
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中国是世界上最大的茶叶生产国,有着历史悠久的茶文化。绿茶中含有多种活性成分,如茶多酚、游离氨基酸、咖啡碱、黄酮类等,这些活性成分使茶具有多种保健功能并深受人们喜爱。如果贮藏及运输方法不当,极易使其成分发生改变,导致茶叶品质变化明显。大量研究表明,在现有的保藏方法中,低温冷藏是最先进、最有效的方法,专有的茶叶冷藏库是名优茶保存的最佳途径。本课题采用数值模拟与实验测试相结合的方法探究风道结构与导流板装置对货架式冷库内温湿度场分布特性的影响,通过正交实验设计对风道开口方式、无因次风道宽度、开口率进行优化,获得冷库内温湿度场分布较为均匀的风道结构,在此基础上增设导流板引流,探究导流板角度与导流板无因次距离对冷库内气流组织分布的影响,引入气流组织评价指标对温湿度场分布均匀性及能量利用有效性进行评价,通过极差分析法和方差分析法探究各因素对评价指标的影响显著程度,确定最优风道结构与导流板耦合,数值模拟结果与实验测试结果吻合度较好,获得如下研究结论:(1)对于未设风道结构和导流板的货架式冷藏库,其内部存在明显的温湿度分布不均匀现象和局部空间温度偏高问题,在冷库右上方存在“冷却盲区”,茶叶温度最高达5.1℃,相对湿度波动范围为37%~45%,最大差值为8%,气流组织分布极不合理。(2)风道结构对冷库内温湿度场分布特性产生较大影响,方差分析与极差分析得出的结果基本一致,风道开口方式影响高度显著。数值模拟结果显示:开口方式为均匀开口和隔层开口时对温湿度影响无显著差异,温湿度场分布均匀性较无风道结构有所改善;当开口方式为上宽下窄非均匀开口时对不均匀系数和能量利用系数的影响均高度显著,在无因次风道宽度和开口率的综合作用下冷库内部能得到较为均匀的温湿度场分布;当开口方式为下部集中开口时,加剧了温湿度分布不均匀性和局部空间温度偏高问题。(3)无因次风道宽度直接决定了风道内压强大小,进而影响着送风气流出流角,对风道风口附近区域流场流态产生较显著的影响。极差分析得出随着无因次风道宽度增加,温度不均匀系数和相对湿度不均匀系数呈现下降趋势,温湿度分布均匀性增加,无因次风道宽度为0.5时出现拐点,能量利用系数达到最大值1.42。(4)风道开口率对单位时间内送入冷库风量大小起着决定性作用,进而影响冷库内气流组织分布。模拟结果显示:随着开口率的增加,温度不均匀系数逐渐减小,最小值为0.124;能量利用系数逐渐增大,最大值为1.43;相对湿度不均匀系数在开口率为10.8%时出现拐点,最小值为0.022。(5)追加优化参数组合工况下温湿度不均匀系数均达到最小,分别为0.09和0.016温湿度分布较为均匀合理,能量利用系数达到最大值1.68,能量利用有效性显著提高。(6)在风道结构的基础上增设导流板引流,导流板角度与导流板无因次距离对送风引流影响存在较大差异。送风角度为30°和45°时冷库内气流分布无显著差异,当导流板角度为60°时,造成“冷气流短路”,温湿度分布均匀合理性相对较差。(7)不同导流板无因次距离直接影响着经风口送入冷库的风量,无因次距离为0.90和0.86时温湿度不均匀系数和能量利用系数均相差不大,当无因次距离为0.82时温湿度不均匀系数大幅增加,能量利用系数显著下降,当无因次距离为从下至上阶梯递增时,温度不均匀系数达到最低0.06,相对湿度不均匀系数达到最低0.012,能量利用系数达到最高1.83,为最优风道结构与导流板耦合。(8)根据本课题研究成果,风道结构与导流板装置的组合已成为研究对象范围内的最优风道结构与导流板耦合方式,即在风道开口方式为上宽下窄非均匀开口、开口率为11.8%、无因次风道宽度为0.5的基础上增设45°导流板,为解决货架式茶叶冷库实际使用中出现的温度场非均匀性问题提供技术支持。
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