饮料现调售卖机蓄冷性能模拟及实验研究

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目前,一种便捷、灵活、智能的饮料机现调售卖机在生活中越来越普遍。这种饮料现调售卖机在用户需求量瞬间增加,冷饮需要连续出杯时,将导致冷饮温度超出限制值。为了克服该难题,本研究探求采用蓄冷方式解决以上问题,研发一种新型蓄冷装置。新型蓄冷装置的研发必须要经历系统设计和性能验证这两个阶段。如何优化蓄冷装置的部分组件以及整个蓄冷系统,这是一个很具有研究意义的课题。本文主要工作及研究所得出结论如下:(1)参考国内外资料,了解饮料现调售卖机及其蓄冷装置的发展历程与研究现状,了解蓄冷所必备的理论依据。从食品安全角度考虑,防止相变材料泄露,透过不锈钢会影响不锈钢里面的水,造成污染。本研究最终选择采铝块作为蓄冷材料,铝具有导热系数大、过冷度小、蓄冷量大、性能优异等优点。(2)根据合作单位要求与市场需求,解决目前饮料现调售卖机连续出杯温度上升,蓄冷能力不强,不能满足瞬时量大的问题。将铝块填充蓄冷与螺旋管蒸发器相结合,螺旋管结构紧凑、传热面积大,温差应力小,设计出一套适用于饮料现调售卖机的小型蓄冷装置,并研究其可行性。(3)对蓄冷过程进行数值模拟,利用Solid Works三维软件建立蓄冷蒸发器物理模型,采用Mesh进行网格划分,对进出口条件设置,用Fluent软件其传热过程进行模型设置、材料设置、边界条件设置,探究蓄能装置中铝块、管中水温度以及出口水的温度变化规律及相互影响。(4)通过对蓄冷装置换热器的数值模拟,模拟研究蓄冷螺旋管蒸发器中的铝块温度、进出水口温度、蓄能换热器温度分布等。对模拟结果进行分析,模拟最终得到的水管出口温度为2℃,满足正常出口理想温度15℃以下的要求且效果良好,得出所设计系统的可行性,选择合适的压缩机等制冷系统部件,设计应用于饮料现调售卖机的蓄冷实验装置。(5)搭建实验台进行实验研究,确定各设备的尺寸及型号等相关参数。控制模拟和实验的初始条件、要求一致,然后对两个结果进行比较,得出数值模拟结果的可靠合理性,总结数据差异和变化规律,然后分析导致这种差异的原因。最终得到在出水口温度达到2℃压缩机停止工作,此时放水直到出口温度上升到15℃的工况下,模拟结果比现有机器出水量增加104%,实验结果比现有机器出水量增加87.5%。结果表明:建立的数学模型是合理的,满足生产实践的需要,同时也验证了所建立模型对应的实物换热器的换热效果是达到预期效果的,实现在低能耗的条件下提高饮料现调机连续供应并保持饮料温度的目标。
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