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快速饮料冷却分析

由杰卿和汉克钟撰文,EFD公司

用于冷却饮料的电器市场日益增长,其速度比传统的制冷方法快了许多倍。当液体预先包装在罐或瓶内时,当冷却任意形状和尺寸的物品时,有一些冷却方法是不可能的。如图1所示,饮料冷却器设计有用于液体的集成桶或罐。

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图1。带集成桶的快速饮料冷却器

在设计阶段早期,根据性能要求,有许多冷却选项需要考虑。该设计可能涉及热电冷却器(TEC),它利用珀尔帖效应从流体中提取热量。从流体中吸收热量的其他选择可能包括液体冷却回路或冷板。将热量排放到环境中可能包括液-气热交换器或风扇冷却的散热器。桶内的液体也可以混合,以提高液体冷却的速度。用于考虑所有可能选项的热设计工具必须能够对每个方法建模。在设计一种快速饮料冷却器时,使用了FlothermXT来探索一些冷却策略。

在Flotherm XT中考虑了两种带有集成桶的设计,以探索快速饮料冷却的一些替代方案。这两种设计都考虑使用tecs从流体中提取热量。

第一个设计方案使用三个冷却组件的空气冷却策略,如图2所示。每个冷却组件,如图3所示,由风扇组成,板翅散热器和两个技术。冷却组件由四个热管连接在一起。为这个设计选择的TEC可以泵出高达57W的热量,并在图3中为清晰的粉红色。

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第二种设计方案使用了带空冷换热器的液体冷板,如图4所示。冷板安装在三个TEC上,每个TEC可泵送高达145W的热量。

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图4。设计冷却策略

设计2中的筒体还包括内部散热片和旋转叶轮,以60转/分的转速旋转,如图5所示。

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图5。设计2个带叶轮的内部散热片

每个设计都在一个短暂的时间内进行了模拟,以根据流体温度下降率评估每个设计的质量。图6显示了瞬态模拟结束时设计1的流线。流体在冷却组件附近向下流动,沿着桶的底部上升到中心。设计1中的平均速度远低于0.01m/s。

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图6。30分钟设计1条流线

设计2包括一个旋转叶轮,峰值速度在0.4 m/s范围内,如图7所示。图8中还显示了冷却回路流体温度,换热器的回流温度约为40°C。

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图8。水中心温度与时间

在设计快速饮料冷却器时,有许多冷却策略需要在设计过程的早期进行探索,以确定原型设计中要考虑的最有效的方法。FlothermXT是一个易于使用的设计工具,使我们能够快速考虑设计选择,可用于开发有效的快速饮料冷却设计。

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