上冻下藏风冷冰箱风道优化提效研究

王 瑶 张 波 崔培培 王焕强 鲍 敏

（长虹美菱股份有限公司 合肥 230601）

前言

上冻下藏式风冷冰箱是一种两门上间室小冷冻、下间室大冷藏的冰箱，是出口海外产品的主流款型，受到海外消费者的青睐。多为单蒸发器设计，因间室送回风要求故冷冻、冷藏风道结构形式相对固定，系统性能受风道性能制约影响较大。

本文选取公司某款单系统的上冻下藏风冷冰箱，通过CFD仿真工作对该冰箱整机风路系统进行流场仿真模拟分析，分析间室流场速度场、压力场找出性能存在缺陷的机理，并根据以上物理量数据结合实验测试提出风道优化方案。

1 冰箱原型机概况

研究载体结构和各间室分布如图1所示，上部为冷冻室，调温范围为-15 ～ -24 ℃，下部为冷藏室，调温范围2～8 ℃，蒸发器位于冷冻室背部。该冰箱的冷冻风道选用一款120 mm直径大小的离心风机，冷冻室和冷藏室的风量通过风机和机械式手动风门控制，其中机械式手动风门可以大幅度调整冷藏间室的风量比例，分为强中弱三个档位。

针对不同地区要求，冷藏室顶部会搭载一个FreshRoom抽屉，图1冷藏顶部红色零件，放置FreshRoom抽屉与不放置FreshRoom抽屉，间室内部的温度分布差异极大，对产品性能一致性带来极大影响。

区别于上藏下冻系列冰箱，上冻下藏冰箱的冷藏送风风道及回风风道处于同一区域，进出风极易出现短路情况。如图2所示，原机冷藏风道蓝色箭头代表间室的出风路径，红色箭头代表冷藏间室的回风路径，回风口处于冷藏间室顶部，从蓝色箭头送出的冷风会直接从红色箭头处回到蒸发器仓，冷藏室顶部第一层进风与回风极易短路，当装载FreshRoom抽屉时，短路更明显。

图1 样机冰箱结构示意图

图2 原型机冷藏风道结构

图3 原型机仿真模型

2 冰箱原机性能现状

2.1 原型机流场

通过对原机的间室循环空气模型进行建模，得到该风冷冰箱的流场仿真模型。如图3所示，该模型包括上部冷冻室、下部冷藏室，冷冻风道的风扇运转后，风扇将经过蒸发器降温过的空气运送至冷冻室内部及冷藏室内部，冷空气与冷藏室、冷冻室内部热空气进行热交换后继续循环回蒸发器仓。冷气的输送、返回过程在出风风道、回风风道内进行。

本文将整个原型机流场分为冷藏进风风道、冷藏间室、冷藏回风风道、冷冻进风风道、冷冻间室、冷冻回风风道、旋转风扇等区域，并检测间室出风口、回风口及相关关键界面处的物理量数据。

2.2 计算控制方程

为简化计算，本文首先需要对计算的模型做几点假设：

1）冰箱内部为理想空气；

2）冰箱内部为定常不可压流动；

冰箱内部的空气流动循环过程满足以下控制方程：

2.3 流场仿真结果

从图4流场分布及表1流量分布可发现该冰箱的整机循环风量较小，其中冷藏室的整体流场风速较低，根据上述结果我们判断该冰箱的风路循环效率较低，需提升。

通过观察图5、图6的流场对比，无FreshRoom抽屉与有FreshRoom抽屉的间室流场分布完全不同，仿真结果与原机存在的问题相符。

3 优化方案

通过分析原型机的流场及相关实验数据，发现以下问题：

1）冷藏间室整体速度场量级小，间室换热效率低；

2）冷藏出风与回风短路对间室的换热效率影响极大。

针对以上问题点，对冷冻风道送风型线进行调整，并对原机的冷藏风道结构进行优化调整，目的在于提高冷藏风道的循环效率、消除冷藏出风与回风短路的问题，提升间室内部换热效率。根据上述思路，最终设计出图7风道结构，其中蓝色为出风流道、红色为回风流量，将原顶部回风口移至间室底部。

针对优化风道结构进行几何建模，并进行整机流场仿真与原型机进行对比。

通过分析图8流场分布及表2结果，优化方案明显提升了风道循环效率。

优化方案的装FreshRoom抽屉与不装FreshRoom抽屉的流场分布基本一致，从仿真结果可以判断该风道可以解决原机温度分布不一致的问题。

通过上述仿真分析，优化方案在理论上有明显改进。我们对优化方案装进行性能实验测试，对比验证优化方案与原状态的性能差异。

图4 原型机机械风门不同档位时箱内流场

图5 原型机无FreshRoom抽屉流场分布

图6 原型机有FreshRoom抽屉流场分布

图7 优化冷藏风道结构示意图

图8 优化方案整机流场分布

表1 原型机间室流量分布

表2 优化方案间室流量对比

图9 优化方案无FreshRoom抽屉流场分布

图10 优化方案有FreshRoom抽屉流场分布

表3 间室温度对比

表4 优化前后耗电量对比

首先对优化方案装进行间室温度对比，验证FreshRoom抽屉对间室温度的影响。从表3测试结果可以看出，FreshRoom抽屉对间室温度基本无影响。

同时我们对优化方案进行耗电量对比测试，表4为原机与优化方案的耗电测试对比数据，表中优化方案的耗电量有明显降低。

上述实验测试结果符合对原机的优化预期，说明对上冻下藏冰箱风路系统的优化是成功的。

4 结论

本文通过对上冻下藏冰箱风路系统的仿真优化设计研究，解决了原机存在的性能问题。原机存在最大的问题在于冷藏间室的进回风风道短路，导致间室控温一致性差，间室换热效率低，通过对原机风道系统进行优化改进，解决进回风短路问题，间室控温一致性有明显提升，同时因间室换热效率提升降低了冰箱能耗，提升了冰箱性能。