浅谈湿源特性对密闭储仓空间湿度分布的影响

2021-12-10 09:35| 发布者: www.daoteng56.com| 查看:

摘要: 随着社会经济的不断发展,各类商品的流通速度也在不断加快,作为现代物流体系重要组成部分的仓储空间环境越来越受到重视。为了精确掌握空间湿环境的局部分布,采用数值计算探究了湿源作用下密闭仓储空间的湿分布特征。研究结果表明,在密闭空间中散湿表面与空间空气温差对湿度分布规律影响较大,在散湿 ...

1 引言

随着国民消费水平的逐步提高,人们对生活品质的要求也越来越高,与此同时,商物粮行业的流通速度也在不断加快,人们对各类产品的品质也产生了更高的要求。而普通物流体系对于商品的保护还有欠缺,在运输过程中时常出现商品腐坏的状况。
生鲜农产品作为农村物流的主要对象,具有易损易腐、对仓储条件要求高等特点[1]。Tenwolde Anton[2]等人通过研读相关文献和理论计算,分析了现实生活中空间相对湿度对植物散湿量的影响,结果表明植物的蒸发量随空间湿度的变化而变化,当湿度较高时,蒸发量较小,当湿度较低时则更大。对于鲜枣来说,要在低温环境下预冷,再放到一定的温湿度空间中进行储存,而且时间都不宜过长;对于干枣来说,仓储空间湿度不能过高,以免生虫和受潮[3]。花卉产品在运输过程中对温湿度要求比较高,否则会降低产品质量,出现枝叶腐败的现象。医药仓储是一种特殊的物流管理,因为药品的特殊性对储存冷藏条件要求非常高,并且对物流全过程的环境变化非常敏感,要严格控制仓储的温度湿度条件,谨防储存过程中药品发生霉变、虫蛀或其他污染[4]。在电子器件库房中,湿度偏大会引起电子设备的氧化和生锈,造成接触不良等后果;而当湿度低于40%时,各电子设备之间则极易产生静电反应,造成微小原件甚至主要硬件的损坏[5]
目前,我国冷链物流主要涉及食品、药品、对温湿度敏感的电子器件、化工品和花卉类植物等其他农产品,而作为现代冷链物流体系重要组成部分的冷库越来越受到重视。这些封闭腔体不但对热环境有特殊要求,而且对湿环境也有特殊要求,所以研究空间的湿量扩散特性和湿量在空间内的分布规律,对精确掌握空间湿环境及有效控制方法具有理论指导意义。

2 模型的建立

在密闭空间均匀气体混合气体中,浓度梯度是分子扩散的驱动力,分子随机运动是分子扩散的条件。通过垂直于浓度梯度的空间平面,混合物中的任一部分可以正向迁移,也可以逆向迁移,由于浓度差的存在,分子由高浓度区向低浓度区迁移的速率大,分子扩散的通量朝浓度减少的方向[6]
实际密闭储仓空间中的湿源散湿面有大有小,其本身的形状、高矮及在空间中的位置都有可能影响到上方的空气流动。为使问题突出,文中将储仓空间简化为规则的长方体,长度为X,宽度为Y,高度为4m,空间长宽比为5∶4,空间面积为F。本文对位于空间中心的矩形散湿面上方的诱导气流进行了研究,散湿面的长度为L,宽度为W,高度为H,面积为S,几何模型示意图如图1所示。
图1 模型几何模型示意图图1 模型几何模型示意图  下载原图
 
本文运用FLUENT数值模拟软件,简化数学模型,对散湿面扩散特性进行相关的数值模拟研究。模拟内容主要针对影响湿度分布的因素,通过控制单一变量进行对比,分析不同工况下空间相对湿度的变化情况。
边界条件设置如下:
(1)本模拟采用非稳态设置,湍流模型采用RNG k-ε两方程;(2)开启组分输运方程,选用species下transport and reaction模型;(3)在自然对流的条件下,由于温度差的存在会引起浮升力,本模拟考虑到这一问题采用boussinesq模型,并且考虑重力的作用;(4)围护结构自定义其温度边界条件。

3 模拟结果分析

3.1 散湿面温度与空间温差对空间湿度分布的影响

设定空间空气温度T0为10℃,初始相对湿度为30%,散湿面温度T分别为5℃、10℃、15℃、20℃,求解当空气温度T0一定,散湿面温度低于、等于以及高于空间初始空气温度(ΔT=-5℃、ΔT=0℃、ΔT=5℃和ΔT=10℃)时空间的湿度场。
模拟结果表明,当ΔT=-5℃,散湿量为78.035g/h时,在垂直方向上空间内的湿度分布可以分为两个区域。空气相对湿度在0~0.5m高度之间垂直相对湿度梯度较大,随着高度增加,相对湿度梯度逐渐减小,在1.5m以上的区域,空气的相对湿度略有减小,基本保持不变。当ΔT0≥0℃,散湿量为133.066g/h~305.017g/h时,各水平面平均相对湿度沿高度方向逐渐增大。散湿面温度越高,对应同一高度上的平均相对湿度也越大,即垂直相对湿度越大。

3.2 散湿面高度对空间湿度分布的影响

设定空间空气初始温度为10℃,相对湿度为30%,设定散湿面高度H分别为0、0.5m、1m、1.5m和2m,求解ΔT=-5℃、ΔT=0℃和ΔT=5℃时空间的湿度场。
模拟结果表明,当ΔT=-5℃时,空间相对湿度沿高度方向逐渐减小,垂直相对湿度梯度为负值。空间相对湿度在底面至散湿面上方0.5m高度区域变化较大,在散湿面上方0.5m高度至顶面区域变化较小,沿高度方向湿度分布越来越均匀。当H=0时,在0.5m高度以下相对湿度较大,沿高度方向逐渐减小,在空间1.5m以上空间湿度分布较为均匀,垂直相对湿度梯度较小。当H=0.5m时,在高度为1m以下的区域中相对湿度变化量较大,在空间1.5m高度以上变化量较小。当H=1m时,在空间1.5m以下区域,相对湿度变化较为明显,在高度为1.5m以上区域,相对湿度梯度很小。当H=1.5m时,在空间2m高度以下区域,相对湿度梯度较大,在2m高度以上区域,相对湿度梯度较小。当H=2m时,在空间2.5m高度以下相对湿度沿高度方向变化明显,在2.5m高度以上区域,相对湿度梯度较小。
当ΔT=0℃时,空间相对湿度沿高度方向逐渐增大,垂直相对湿度梯度为正值。当H为0和0.5m时,空间各高度平均相对湿度沿高度方向逐渐增大;当散湿面高度H为1m、1.5m和2m时,散湿面高度下方区域各平面平均相对湿度梯度很小,在散湿面高度上方区域相对湿度逐渐增大,且相对湿度梯度也均随散湿面所在平面的高度增加而略有增大。随着散湿面高度H的增加,空间顶面平均相对湿度逐渐增大,而在底面,当散湿面高度不同时的平均相对湿度差值小于0.1%。
当ΔT=5℃时,空间相对湿度沿高度方向逐渐增大,垂直相对湿度梯度为正值。随着散湿面高度H的增加,垂直相对湿度梯度略有增大,空间底面平均相对湿度逐渐减小,顶面平均相对湿度逐渐增大。

3.3 散湿面长比对空间湿度分布的影响

设定空间空气初始温度为10℃,初始相对湿度为30%,ΔT=0℃,分析散湿面宽长比(W:L)分别为1∶1、1∶1.5、1∶2、1∶4和1∶10时空间的湿度场分布。
模拟结果表明,当散湿面宽长比为1∶1和1∶1.5时,即散湿面形状近似为正方形时,各平面平均相对湿度沿高度方向逐渐增大,且湿度梯度略有增大。当散湿面宽长比为1∶2时,各水平面平均相对湿度随高度近似为等斜率变化。当散湿面宽长比为1∶4和1∶10时,即散湿面为近似条形线散湿面湿时,空间各水平面平均相对湿度较大,且湿度梯度沿高度方向逐渐减小,分布更加均匀。宽长比越大,空间顶面平均相对湿度值越小,各水平面相对湿度最大值与最小值之差也就越小。

4 结语

本文利用Fluent软件,针对密闭储仓空间内湿源散湿问题,探究散湿面表面温度、散湿面高度、散湿面宽长比等影响因素对空间湿度分布规律的影响,具体结论如下。
(1)当散湿面温度低于空气温度时,空间垂直相对湿度梯度为负值;散湿面温度等于或高于空气温度时,空间垂直相对湿度梯度则为正值。
(2)当散湿面温度低于空气温度时,散湿面高度越高,空间湿度分布越均匀;当散湿面温度不低于空气温度时,散湿面高度越高,工作区相对湿度越小,空间垂直相对湿度梯度越大。
(3)当散湿面为近似正方形时,空间垂直相对湿度梯度逐渐增大;当散湿面近似为线形时,空间垂直相对湿度梯度逐渐减小。