乙二醇地坪防冻系统数值模拟

摘要：近年来，我国低温冷库的冷间采用不冻液地坪防冻措施的项目越来越多，应用的越来越广泛。利用冷库制冷系统的冷凝热作为热源，采用不冻液（乙二醇溶液或者丙二醇溶液）作为热媒的地坪防冻措施。该措施具有加热管布置较灵活，运行管理较方便，而且地坪加热层的热源采用制冷系统的冷凝热，节约能源。 为了对不冻液地坪防冻系统运行中地坪各区域温度场有更直观的了解，现对不冻液地坪防冻系统经行数值模拟。 关键词：数值模拟；冷冻库

1 引言

低温冷库由于冷间温低，虽然地坪已经做保温措施，但是冷间内的冷量还是会通过地坪传导至地坪下的土壤。当冷间内传导至土壤的冷量大于土壤传导至地坪的热量时，冷间地坪下的土壤温度就会下降。如果冷间地坪下的土壤温度低于0℃时间过长，地坪就会冻胀，从而使冷间保温层及冷间地面产生破坏。

多年以来，我国低温冷库的冷间地坪防冻的措施主要有：自然通风地坪防冻、机械通风地坪防冻及电加热地坪防冻。根据《冷库设计规范》（GB 50072-2010）第9章，自然通风地坪防冻一般采用内径250mm或300mm的水泥管，水泥管长度不超过30m；机械通风地坪防冻一般采用内径250mm或300mm的水泥管，并且采用风机强制热风经行循环的防冻措施；电加热地坪防冻一般采用在地坪内敷设电热丝加热地坪进行地坪防冻。以上三种措施各有优缺点：第一种措施运行可靠，但是造价高；第二种措施造价相对第一种低，但是需要在有热源地区才能使用；第三种措施，施工简单，初投资相对较低，运行管理方便，但运行费用较高。根据国外资料介绍，采用电热发进行地坪防冻，冷间面积小于1500m2时是比较经济的。 2 数值模拟软件

本次模拟采用CFD（Computational Fluid Dynamisc：计算流体动力学）软件之一Fluent进行。Fluent软件是美国Fluent公司开发的通用CFD流场计算分析软件，是国内最流行的模拟软件之一。凡是和流体、热传递和化学反应等有关的工业均可使用，可用来模拟从不可压缩到高度可压缩范围内的复杂流动。它具有丰富的物理模型、先进的数值方法和强大的前后处理功能。

模拟模型采用Fluent前处理软件gambit建模。后期数据处理采用tecplot 360。 3 模型建立

本次模拟以实际工程为对象。对某-20℃冷冻库的乙二醇地坪防冻系统进行数值模拟。本工程中低温冷库地坪做法见图一。地坪做法主要参数如下：（1）200厚C30混凝土；（2）200厚挤塑聚苯乙烯泡沫塑料板保温层；（3）120厚C15混凝土垫层（内含De32乙二醇管，管间距1m）；（4）150厚3：7灰土夯实；（5）素土夯实，压实系数≥95%。

为方便研究和gambit建模，对地坪做法经行简化：仅对第（4）层灰土夯实层以上各层作为研究对象；因乙二醇盘管布置间距一致，故仅对1m间距内的乙二醇盘管区域进行建模，其他区域温度场与之类似。简化后的gambit建模见图二。

对gambit建模的模型进行网格划分后导入fluent软件的过程在此就不一一赘述。

6 结论

（1）通过fluent模拟后的结果导入后期数据处理采用软件tecplot 360，温度场显示如图3。

由图3温度场显示可知：

Y=0m（乙二醇埋管层与灰土夯实交界面）至Y=0.12m（保温层与乙二醇埋管层交界面）的温度均大于273K（即温度均大于0℃）。因此可以判定，该-20℃冷冻库的乙二醇地坪防冻系统是保险的，不会使冷库地面产生冻胀。 （2）展望

本次模拟由于时间仓促，此次模拟仅针对一种工况条件下的数值模拟，因此应在今后的研究工作中，对其他几种工况进行数值模拟：

（1）冷冻库库温为-30℃，乙二醇供液温度分别为5℃、10℃、20℃，乙二醇盘管间距分别为800mm、1000mm、1500mm、2000mm的工况条件下，冷库地坪温度场的分布的数值模拟。

（2）冷冻库库温为-20℃，乙二醇供液温度分别为5℃、10℃、20℃，乙二醇盘管间距分别为800mm、1000mm、1500mm、2000mm的工况条件下，冷库地坪温度场的分布的数值模拟。 参考文献

[1]郭树武，舒东明.乙二醇不冻液用于冷库地坪防冻的试验[J]《食品与药品》 ，2002（10）：28-29