无霜冰箱化霜水蒸发的数值模拟与参数分析

《Scientific Reports》：Numerical simulation and parametric analysis of defrost water evaporation in no-frost refrigerators

　　

摘要

本研究调查了家用无霜冰箱中的除霜水蒸发过程，该过程受复杂的多相物理机制和耦合热力学参数的支配。研究设计了一套实验装置，并通过三次重复性测试进行了验证，在水蒸发量测量中最大偏差仅为3%，显示出极高的可靠性。同时，开发并验证了一个三维计算流体力学（CFD）模型，该模型采用可实现k-ε湍流模型，与实验数据的平均偏差为4.0%。采用全因子实验设计（DOE）系统评估了热气盘管热源、冷凝器表面温度和风扇转速的影响。帕累托分析表明，虽然热气盘管热源是蒸发的主要驱动力，但风扇引起的表面空气运动也起着至关重要的作用。最后，建立了一个高精度预测经验相关关系（R2：0.9963，RMSE：5.88），可作为优化家用除霜系统的可靠工具。本研究通过阐明底层蒸发物理机制并提出经验证的数值框架用于工业设计优化，为相关文献作出了贡献。