冰箱保溫層設(shè)計(jì)

1、 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 題 目: 冰箱保溫層設(shè)計(jì) 院(系): 專業(yè)年級(jí): 姓 名: x x x 學(xué) 號(hào): xxx指導(dǎo)教師: x x x 年 月 日摘要硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料廣泛應(yīng)用于建筑，石油、化工、輕工、運(yùn)輔、城市供熱、制冷及食品冷藏與加工：是冰箱，冰柜、飛機(jī)機(jī)身、輪船殼體，客運(yùn)車箱，活動(dòng)板房等最優(yōu)良的絕熱材料；還常被用做船，浮體、快艇、救撈器材的充填材料以及易碎商品包裝材料；開孔型的硬泡是良好的吸音，消聲材料。聚氨酯材料可以用于管道保溫，但是管道保溫材料不僅僅是聚氨酯這一種，也可以是其他的，例如巖棉、珍珠巖等，根據(jù)不同的環(huán)境和需要選擇不同的材料。聚氨酯材料是可以回收再利用的。廢舊聚保溫氨酯材料的再生

2、利用方法有:粘結(jié)制再生泡沫塑料,粉碎后熱壓成制品,粉碎成粉末作為生產(chǎn)泡沫塑料等的填料;通過醇解、胺解或水解工藝將泡沫分解再生多元醇,再用于制泡沫塑料,等等。硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料因其優(yōu)良的隔熱保溫、獨(dú)特的抗水滲透及化學(xué)穩(wěn)定性，加上輕質(zhì)、成型方便，成為冰箱保溫層不可或缺的保溫材料。針對(duì)冰箱門體因硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料充型脫模后的變形易產(chǎn)生報(bào)廢返修問題，本文擬采用硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料作為原料對(duì)冰箱保溫層進(jìn)行設(shè)計(jì)并通過實(shí)驗(yàn)的方法驗(yàn)證設(shè)計(jì)方案的可行性，同時(shí)根據(jù)所測(cè)得的數(shù)據(jù)來確定優(yōu)化方案，總結(jié)出合適的設(shè)計(jì)參數(shù)。關(guān)鍵字：保溫材料；硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料；冰箱保溫層AbstractRigid polyurethane f

3、oam is widely used in the construction, petroleum, chemical industry, light industry, transport and auxiliary, urban heating, refrigeration and food cold storage and processing: refrigerator, freezer, the fuselage of the aircraft, ship shell, passenger carriage, the activities of the board and the m

4、ost excellent thermal insulating materials; but also often used to take a boat, floating body, a speedboat, salvage equipment filling materials and fragile commodity packaging materials; pass the rigid foam is a good sound-absorbing, sound deadening material. Polyurethane material can be used in pip

5、e insulation, but pipe insulation material is not only polyurethane this a, can also be other, such as rockwool, perlite, according to the different environment and the need to choose a different material. Polyurethane materials can be recycled. Waste polyethylene insulation polyurethane material re

6、generation utilization methods include: binding of regenerative foam, crushed after hot pressing products, crushed into powder as filler in the production of foam; through alcoholysis, amine solution or hydrolysis of foam decomposition recycled polyols for foam plastic, and so on.Due to its excellen

7、t heat insulation and thermal insulation, unique water penetration resistance and chemical stability, the rigid polyurethane foam plastic is an indispensable thermal insulation material for the refrigerator insulation layer. For the refrigerator door body due to the deformation of rigid polyurethane

8、 foam filling after stripping is easy to produce Scrap & rework problem, this paper intends to adopt rigid polyurethane foam as a raw material for refrigerator insulation layer design and feasibility through the experimental method to verify the design scheme, also according to the measured data to

9、determine the optimization scheme, summed up the appropriate design parameters.Key words: Thermal insulation material; Rigid polyurethane foam; Refrigerator insulation layer目 錄摘要2Abstract3一、緒論41.1 研究背景及意義41.2 發(fā)展?fàn)顩r51.3研究的方法和內(nèi)容6二、保溫層材料與原理72.1 材料種類和適用范圍72.2 材料保溫原理和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)9三 保溫層選取與設(shè)計(jì)103.1 保溫層設(shè)計(jì)計(jì)算103.2 選取適當(dāng)

10、的保溫層12四、保溫層檢驗(yàn)和校核144.1實(shí)驗(yàn)過程144.2實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析15五、結(jié)論16參考文獻(xiàn)17致 謝18一、緒論1.1 研究背景及意義硬質(zhì)聚氨酯泡沫材料在一個(gè)相當(dāng)?shù)臅r(shí)期內(nèi)還是冰箱門體隔熱保溫層的填充材料?！鞍l(fā)泡”是冰箱制造的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一，為切實(shí)保證冰箱發(fā)泡的品質(zhì)，從而保證冰箱的高保溫性、長使用壽命和節(jié)能環(huán)保，企業(yè)們都組織專門的技術(shù)攻關(guān)項(xiàng)目組，用大量的實(shí)驗(yàn)研究，經(jīng)過小批試制、中批試產(chǎn)及大批量試流的各階段驗(yàn)證，最終克服所有困難，解決出現(xiàn)的各類問題。整個(gè)項(xiàng)目在運(yùn)作過程中，通過不斷與原料供應(yīng)廠家進(jìn)行溝通交流，對(duì)原料配方進(jìn)行優(yōu)化改善，方能實(shí)現(xiàn)性能方面的有利改善。整個(gè)過程經(jīng)歷漫長的時(shí)間、投入大量的人

11、力物力。在市場(chǎng)激烈變化的今天，這種傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)方法顯然嚴(yán)重影響企業(yè)對(duì)市場(chǎng)的響應(yīng)能力和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。 因此，為縮短市場(chǎng)周期，需要一種更迅速有效的方法來取代傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)方法，在計(jì)算機(jī)高速發(fā)展的今天，利用計(jì)算機(jī)來建立虛擬模型，進(jìn)行充型過程的數(shù)值模擬以及計(jì)算機(jī)輔助結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和分析仿真，與適當(dāng)?shù)膶?shí)驗(yàn)研究相結(jié)合，可獲得優(yōu)化的工藝參數(shù)和結(jié)構(gòu)參數(shù)。 縱觀國內(nèi)外的研究，不同學(xué)科的研究者或集中在模擬充型過程，或只對(duì)成型后聚氨酯硬泡性質(zhì)展開研究，或者只針對(duì)冰箱部件的變形進(jìn)行數(shù)值模擬和優(yōu)化，彼此分離，很少見到同時(shí)涉及發(fā)泡、凝固過程與脫模冷卻過程的全過程研究。而實(shí)際上硬質(zhì)聚氨酯泡沫的充型過程對(duì)脫模后的變形程度的影響十分重要，在

12、企業(yè)生產(chǎn)過程中，常常會(huì)出現(xiàn)構(gòu)件剛剛脫模不久即變形超差而報(bào)廢，或出廠時(shí)變形幅度合格，但在使用一段時(shí)間后出現(xiàn)大變形而不得不返修的現(xiàn)象。因此有必要對(duì)從發(fā)泡、凝固、到脫模變形的全過程展開多學(xué)科融合的綜合研究。 利用數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的方法來研究冰箱用硬質(zhì)聚氨酯泡沫充型、脫模對(duì)冰箱部件的變形的影響規(guī)律，從發(fā)泡工藝和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)兩個(gè)方面研究減小變形的策略和方法，為工藝和結(jié)構(gòu)的優(yōu)化提供指導(dǎo)。該方法具有如下優(yōu)點(diǎn)： 1) 環(huán)境友好。因?yàn)樗划a(chǎn)生大量的實(shí)驗(yàn)廢棄物。 2) 多學(xué)科優(yōu)化。同時(shí)對(duì)多個(gè)關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行研究，通過多學(xué)科優(yōu)化設(shè)計(jì)得到理想結(jié)果。 3) 低生產(chǎn)成本。在理論分析的基礎(chǔ)上，以較少的實(shí)驗(yàn)次數(shù)，即可獲得優(yōu)化的材

13、料及結(jié)構(gòu)的參數(shù)。 4) 方便新產(chǎn)品預(yù)研。計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)在開發(fā)新產(chǎn)品時(shí)可以方便地進(jìn)行。 聚氨酯材料在自然環(huán)境里極難分解，即便把聚氨酯深埋于地下，需要幾十年才能分解?，F(xiàn)在被廣泛采用的方法是將其燃燒掉。但是燃燒后的廢氣需特殊處理。用水來溶解其中的 NO2，氰酸（HCN）等有毒物質(zhì)，但是 CN-根是劇毒物質(zhì)，需要特殊處理，以免將毒源擴(kuò)散。也有學(xué)者提出裂解法，通過高溫等特定條件，將聚氨酯裂解為小分子的化學(xué)物質(zhì)，再用于生產(chǎn)燃油等有用材料，實(shí)現(xiàn)廢物的可回收利用?，F(xiàn)今已有不少科研報(bào)告和成果，但尚未應(yīng)用于實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)。所以，從環(huán)境保護(hù)的意義上來說，減少次品率和返修率即是對(duì)環(huán)保的貢獻(xiàn)。1.2 發(fā)展?fàn)顩r聚氨酯泡沫充

14、型過程數(shù)值模擬和對(duì)硬質(zhì)聚氨酯泡沫材料性能的實(shí)驗(yàn)研究十分熱門，方法也多種多樣。國外對(duì)聚氨酯泡沫充型過程的數(shù)值仿真與實(shí)驗(yàn)研究相輔相成，提出了許多理論和研究方法。國內(nèi)也有不少針對(duì)聚氨酯泡沫的固化程的實(shí)驗(yàn)和數(shù)值仿真研究。 早在二十世紀(jì)八十年代，A.J. Rojas et al（1982）對(duì)聚氨酯自由發(fā)泡過程進(jìn)行了初步的數(shù)值模擬研究，仿真與實(shí)驗(yàn)結(jié)果有一定差距。Moris Amon et a（l1986，1984）研究了泡沫泡孔膨脹的數(shù)學(xué)模型及考慮傳熱、凝固的低壓構(gòu)造泡沫膨脹過程的分析。A. Arefmanesh et al（1990）利用數(shù)值模擬方法研究泡沫成長并且預(yù)測(cè)聚合物泡沫泡孔尺寸的分布。九十年代

15、中期，S.A. Baser et a（l1994a，1994b）建立了比較全面的凝膠反應(yīng)和發(fā)泡反應(yīng)的數(shù)學(xué)模型，其數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)結(jié)果吻合得較好。近年來，R. Tesser et al（2004,2003,1999）首先建立了改進(jìn)的 Flory-Huggins模型來描述物理發(fā)泡劑的溶解度，同時(shí)通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，證實(shí)此模型可以嚴(yán)格地描述環(huán)戊烷發(fā)泡劑在聚氨酯混合液中的溶解度，并實(shí)現(xiàn)了對(duì)聚氨酯泡沫發(fā)泡過程的數(shù)值仿真。Dongjin Seo et al（2005，2003）使用有限體積法實(shí)現(xiàn)了常粘度、常密度及變密度的膨脹牛頓流體的數(shù)值模擬，并據(jù)此實(shí)現(xiàn)了簡單幾何模型的聚氨酯泡沫充型過程的模擬。1.3研究的方法和

16、內(nèi)容冰箱保溫層厚度是設(shè)計(jì)的重點(diǎn)，關(guān)鍵是產(chǎn)品的成本與性能，而保溫層的設(shè)計(jì)需要考慮的因素包括：不同的市場(chǎng)和不同的能耗要求；產(chǎn)品的不同風(fēng)格和設(shè)計(jì)特點(diǎn)；市場(chǎng)對(duì)發(fā)泡料的限制條件；產(chǎn)品成本的綜合對(duì)比選擇；產(chǎn)品的市場(chǎng)要求:全球性、區(qū)域性、特殊客戶；產(chǎn)品的未來發(fā)展考慮。冰箱保溫層厚度是設(shè)計(jì)的重點(diǎn)，在設(shè)計(jì)中總會(huì)與不同部門發(fā)生沖突，當(dāng)然要求的厚度越薄越好，這樣成本低，容積大，但由于技術(shù)的能力有限制的，在能耗達(dá)到一定的水平時(shí)，厚度也不是可以薄到想要的程度，因此在厚度的設(shè)計(jì)方面存在選擇是否合理的問題。目前冰箱箱體都采用硬質(zhì)聚氨脂整體發(fā)泡作絕熱層，其絕熱性能好，適于流水線大批量生產(chǎn)，發(fā)泡后的箱體內(nèi)外殼被粘接成剛性整體，

17、結(jié)構(gòu)堅(jiān)固，內(nèi)外殼厚度可以適當(dāng)降低，無須對(duì)箱體做防潮處理，年久也不會(huì)吸濕而使熱導(dǎo)率增大。電冰箱絕大多數(shù)為立式結(jié)構(gòu)。箱體結(jié)構(gòu)的發(fā)展過程，大致分為四個(gè)階段：5 0年代以前主要是厚壁箱體(厚度為6065mm)；60年代是薄壁箱體(厚度303 5mm)；70年代是薄壁雙溫雙門；80年代以后世界上趨于采用中等壁厚箱體(厚度為4045mm)，并以箱背式冷凝器的三門三溫或雙門雙溫自然對(duì)流冷卻(即直冷式)冰箱為主。隨著良好隔熱性能的隔熱材料的應(yīng)用，箱體壁厚的減薄，箱體重量進(jìn)一步減輕并增大了冰箱的內(nèi)容積。聚氨酯經(jīng)歷了 70 多年的發(fā)展，成為世界上六大合成材料之一，其綜合性能出眾，而且?guī)缀跄苡酶叻肿硬牧系乃屑庸し?/p>

18、法來成型，所以應(yīng)用廣泛，發(fā)展十分迅速。近 30 年來，世界聚氨酯工業(yè)的發(fā)展已成為化學(xué)工業(yè)中增長最快的行業(yè)，而中國則是推進(jìn)世界聚氨酯工業(yè)發(fā)展的重要力量（楊建軍 2008）。二、保溫層材料與原理2.1 材料種類和適用范圍早期的冰箱通常使用海綿、石棉等作為保溫材料，但這類材料隔熱能力并不高，易造成熱量流失，導(dǎo)致冰箱能耗偏高，并且由于不防水，在使用過程中保溫性能逐漸喪失。圖2.1 冰箱用保溫隔熱材料發(fā)展歷史八十年代，聚氨酯發(fā)泡走上歷史舞臺(tái)，較前一代的產(chǎn)品，其導(dǎo)熱系數(shù)更低且使用周期較長，很快取代了之前的產(chǎn)品，得到廣泛應(yīng)用。1、氣凝膠由硅凝膠、甲醇、水和少量氫氧化氨混合成，不會(huì)燃燒，不含破壞大氣臭氧層的物

19、質(zhì)，是一種理想的的新穎絕熱材料，其導(dǎo)熱系數(shù)僅相當(dāng)于目前冰箱所用的普通聚氨酯絕熱材料的12 分之一，可以很好地阻絕熱度傳遞，實(shí)現(xiàn)節(jié)能擴(kuò)容的效果。不過雖然氣凝膠是性能最優(yōu)良的隔熱材料，但是價(jià)格昂貴，主要應(yīng)用于航空航天領(lǐng)域。表2.1 新型冰箱用保溫材料的特點(diǎn)真空絕熱板（VIP板）氣凝膠產(chǎn)品構(gòu)成各種芯材真空封裝在鍍鋁的聚酯/聚乙烯薄膜內(nèi)，芯材種類眾多，早期使用二氧化硅，現(xiàn)以聚氨酯、玻璃纖維等為主硅凝膠、甲醇、水和少量氫氧化氨混合成特點(diǎn)節(jié)能的同時(shí)在沒有增加外形尺寸的條件下增加了食物儲(chǔ)存空間不會(huì)燃燒，不含破壞大氣臭氧層的物質(zhì)，價(jià)格昂貴導(dǎo)熱性能優(yōu)于聚氨酯發(fā)泡導(dǎo)熱系數(shù)僅相當(dāng)于目前冰箱所用的普通聚氨酯絕熱材料的

20、12分之一使用情況占據(jù)了日本70%的市場(chǎng)，同時(shí)歐美也有廣泛使用海爾宇航變頻冰箱、航空航天領(lǐng)域相較于使用聚氨酯發(fā)泡的保溫材料，真空絕熱板優(yōu)良的隔熱性能有利于節(jié)省更多的電量，其厚度較聚氨酯發(fā)泡大幅降低，可進(jìn)一步釋放有效容積20-30%。2、真空絕熱板（VIP 板）20 世紀(jì)80 年代初，日本冰箱制造商首先將平面真空絕熱板應(yīng)用于商業(yè)化產(chǎn)品。由板/泡沫合成體提供的優(yōu)異絕熱性能（可以節(jié)約電能約25左右）使得日本制造商研發(fā)的市場(chǎng)冰箱具有較薄的保溫層。這種結(jié)構(gòu)在沒有增加外形尺寸的條件下增加了食物儲(chǔ)存空間，因而在空間意識(shí)濃厚的日本社會(huì)具有極大的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。在日本家用冰箱的保溫層中，約70%使用了VIP 板。圖2

21、.2 真空絕熱板的構(gòu)造示意圖目前，國內(nèi)冰箱的保溫材料主要是硬質(zhì)聚氨酯發(fā)泡，但其由于含有氟化物，會(huì)破壞臭氧層，存在被限制使用的風(fēng)險(xiǎn)。實(shí)際上近年來，歐美等發(fā)達(dá)國家已經(jīng)開始使用新型環(huán)保產(chǎn)品逐步取代聚氨酯，其中VIP 板是目前性價(jià)比最高的冰箱用保溫材料。2.2 材料保溫原理和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)(1)粘接性能好。硬質(zhì)聚氨酷是一種結(jié)構(gòu)致密的微孔泡沫體，與鋼材、混凝土、磚石、木材、玻璃等硬質(zhì)建筑材料有良好的粘接性能，具有不宜脫離主體、導(dǎo)熱性能差的特性，特點(diǎn)是抗壓、與基層粘結(jié)牢固。(2)不透水。硬質(zhì)聚氨醋通過適量添加多種助劑速成微孔發(fā)泡體，閉孔率達(dá)92%以上，自結(jié)皮光潔。因此，具有很高的水蒸氣滲透阻和良好的不透水性。在

22、施工中采用噴涂成型技術(shù)，按照設(shè)計(jì)保溫層的厚度噴涂聚氨醋，成為無接縫殼體，形成完整的不透水層，從根本上杜絕了雨水滲透沿縫隙滲人保溫層的可能性。另外，粘結(jié)強(qiáng)度可超過泡沫體本身的撕裂強(qiáng)度，不會(huì)與基層脫離，避免了水沿層間滲漏。用硬質(zhì)聚氨醋做成水盆、水箱盛200mm深的水能長期不滲漏;25mm厚的硬質(zhì)板在一面割去自結(jié)皮，使其承受5m水柱高水壓的作用，經(jīng)過一年多的試驗(yàn)，沒有發(fā)生滲漏現(xiàn)象，切開觀察斷面，水侵人的厚度僅為1-2mm,經(jīng)分析此深度是硬質(zhì)板表面切削力作用的開孔深度。 (3) 導(dǎo)熱率低。熱導(dǎo)率與材料內(nèi)部孔隙構(gòu)造有密切關(guān)系。硬質(zhì)聚氨醋材料是結(jié)構(gòu)致密、封閉的非連通孔隙，材料的孔隙率較大，幾乎沒有對(duì)流作用

23、的影響，所以導(dǎo)熱率小。(4) 力學(xué)性能好。硬質(zhì)聚氨酷表觀密度小、比強(qiáng)度高、延伸率大、抗沖擊性好、不開裂、適應(yīng)基材變形能力強(qiáng)。其表觀密度為35-40kg/m3，抗壓強(qiáng)度在0.2-0.3MPa之間，伸長率在10%-4%之間。(5)耐化學(xué)腐蝕性強(qiáng)。硬質(zhì)聚氨AL在苯、汽油等一般化學(xué)溶劑和稀濃度的酸、堿、鹽溶液等環(huán)境的作用下具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性，也不會(huì)發(fā)生霉變和腐爛。(6)耐熱性能高。硬質(zhì)聚氨醋在-50的低溫下，體積收縮率小于1%，而且不會(huì)發(fā)生變脆和開裂等現(xiàn)象;在120高溫條件下，體積和強(qiáng)度無明顯變化;在150較高溫度下，聚合體不會(huì)發(fā)生降解，因此可用于高溫和一般低溫條件。(7)單位自重輕。表觀密度小，成

24、型后的硬質(zhì)聚氨酷材料自重為1-2kg/m2(厚30-50mm);特別適用于輕型大跨度、薄殼結(jié)構(gòu)的建筑物和長距離石油輸送管線，減小了自身重量，給規(guī)?；┕ず同F(xiàn)場(chǎng)施工提供了極大的方便。(8)施工速度快。硬質(zhì)聚氨醋采用澆注發(fā)泡和噴涂發(fā)泡等成型技術(shù)，工藝、設(shè)備簡單、操作方便，尤其適合形狀復(fù)雜、管道縱橫的基層表面施工。例如，硬質(zhì)聚氨酷屋面施工時(shí)不需要大型吊裝設(shè)備，一套設(shè)備每日在良好條件下可完成1000m2左右建筑物的防水保溫工作量。(9)工程質(zhì)量好，使用壽命長。優(yōu)異的不透水、絕熱、輕質(zhì)高強(qiáng)、耐化學(xué)腐蝕等特性奠定了優(yōu)質(zhì)工程的基礎(chǔ)，從根本上解決了當(dāng)前房屋建設(shè)中最突出的屋面滲漏問題和維修頻繁的矛盾。三 保溫層

25、選取與設(shè)計(jì)3.1 保溫層設(shè)計(jì)計(jì)算立式冰箱箱體，首先根據(jù)內(nèi)容積確定寬深比例，一般選為正方形或矩形，其比例不超過1：1.3，雙側(cè)門柜式箱體的寬深比為1：0.65左右?？傮w高度以放置穩(wěn)定和箱內(nèi)儲(chǔ)放食品方便為原則。設(shè)計(jì)箱體的絕熱層時(shí)，可預(yù)先參照國內(nèi)外冰箱的有關(guān)資料設(shè)定其厚度，如表3.1所示為某冰箱的絕熱層厚度。表3.1 冰箱的絕熱層厚度冷凍室頂層厚度冷凍室頂層厚度冷凍室背面厚度冷凍室門體厚度冷凍室底面厚度0.1m0.072m0.072m0.053m0.05m冷藏室頂層厚度冷藏室側(cè)面厚度冷藏室背面厚度冷藏室門體厚度冷藏室底面厚度0.05m0.053m0.053m0.053m0.05m但采用了其他冰箱的厚

26、度時(shí)，需要對(duì)厚度進(jìn)行校核計(jì)算，校核的依據(jù)就是不能出現(xiàn)凝露。校核計(jì)算首先是要計(jì)算出箱體表面溫度。如果箱體外表面溫度tw低于露點(diǎn)溫度，則會(huì)在箱表面上發(fā)生凝露現(xiàn)象，因此箱體表面溫度tw必須高于露點(diǎn)溫度td，最低限度tw0.2+td。在達(dá)到穩(wěn)定傳熱狀態(tài)后的表面溫度tw可以由下式計(jì)算： (3-1)式中：tw箱體外表面溫度，單位為；tl箱外空氣溫度，單位為；t2箱內(nèi)空氣溫度，單位為；a1 箱外空氣對(duì)箱體外表面的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，單位為W/(m2.K)；k傳熱系數(shù)，單位力W/(m2.K).按照國家標(biāo)準(zhǔn)GB8059.1的規(guī)定，電冰箱在進(jìn)行凝露試驗(yàn)時(shí)，規(guī)定亞溫帶型(SN)、溫帶型(N)和亞熱帶型(ST)、熱帶型(T

27、)冰箱的露點(diǎn)溫度分別為190.5和270.5。在箱體表面溫度高于露點(diǎn)溫度的前提下，計(jì)算箱體的漏熱量Q1，并用下式校驗(yàn)絕熱層的厚度 式中：twl箱外壁溫度，單位為；tw2箱內(nèi)壁溫度，單位為；熱導(dǎo)率，單位為W/(m2.K)，各種絕熱層熱導(dǎo)率可見 ；A-傳熱面積，單位為m2。 校驗(yàn)計(jì)算所得的厚度在設(shè)定厚度的基礎(chǔ)上，進(jìn)行修正，反復(fù)計(jì)算，直到合理為止。3.2 選取適當(dāng)?shù)谋貙颖浔貙雍穸仁窃O(shè)計(jì)的重點(diǎn)，關(guān)鍵是產(chǎn)品的成本與性能，而保溫層的設(shè)計(jì)需要考慮的因素包括：不同的市場(chǎng)和不同的能耗要求；產(chǎn)品的不同風(fēng)格和設(shè)計(jì)特點(diǎn)；市場(chǎng)對(duì)發(fā)泡料的限制條件；產(chǎn)品成本的綜合對(duì)比選擇；產(chǎn)品的市場(chǎng)要求:全球性、區(qū)域性、特殊客戶；產(chǎn)

28、品的未來發(fā)展考慮。冰箱保溫層厚度是設(shè)計(jì)的重點(diǎn)，在設(shè)計(jì)中總會(huì)與不同部門發(fā)生沖突，當(dāng)然要求的厚度越薄越好，這樣成本低，容積大，但由于技術(shù)的能力有限制的，在能耗達(dá)到一定的水平時(shí)，厚度也不是可以薄到想要的程度，因此在厚度的設(shè)計(jì)方面存在選擇是否合理的問題。目前冰箱箱體都采用硬質(zhì)聚氨脂整體發(fā)泡作絕熱層，其絕熱性能好，適于流水線大批量生產(chǎn)，發(fā)泡后的箱體內(nèi)外殼被粘接成剛性整體，結(jié)構(gòu)堅(jiān)固，內(nèi)外殼厚度可以適當(dāng)降低，無須對(duì)箱體做防潮處理，年久也不會(huì)吸濕而使熱導(dǎo)率增大。電冰箱絕大多數(shù)為立式結(jié)構(gòu)。箱體結(jié)構(gòu)的發(fā)展過程，大致分為四個(gè)階段：5 0年代以前主要是厚壁箱體(厚度為6065mm)；60年代是薄壁箱體(厚度303 5

29、mm)；70年代是薄壁雙溫雙門；80年代以后世界上趨于采用中等壁厚箱體(厚度為4045mm)，并以箱背式冷凝器的三門三溫或雙門雙溫自然對(duì)流冷卻(即直冷式)冰箱為主。隨著良好隔熱性能的隔熱材料的應(yīng)用，箱體壁厚的減薄，箱體重量進(jìn)一步減輕并增大了冰箱的內(nèi)容積。某冰箱設(shè)計(jì)要求：（1）使用環(huán)境條件：冰箱周圍環(huán)境溫度ta=32,相對(duì)濕度=75%。（2）箱內(nèi)溫度，采用標(biāo)準(zhǔn)溫度，冷藏室溫度5，冷凍室溫度-18。（3）箱內(nèi)容積總168L，冷藏室100L，冷凍室68L，人們的生活習(xí)慣是經(jīng)常用冷藏箱而少用冷凍箱，因此將冷凍箱設(shè)置在下層。（4）冰箱制冷方式為直冷，節(jié)流元件為毛細(xì)管，其他配件根據(jù)需要自行配置。設(shè)計(jì)：1、

30、箱體保溫層采用硬質(zhì)聚氨酯泡沫。2、箱體尺寸參考其他相似尺寸的冰箱確定，相關(guān)尺寸和結(jié)構(gòu)如圖 所示（圖中尺寸單位：cm）。3、首先校核這種尺寸選擇是否滿足凝露條件箱體外表面凝露校核分冷凍室和冷藏室進(jìn)行。（1）冷凍室凝露校核冷凍室絕熱層厚度最薄處在壓縮機(jī)室處和門側(cè)，由于壓縮機(jī)散熱導(dǎo)致壓縮機(jī)室內(nèi)溫度高于環(huán)境溫度一般不會(huì)出現(xiàn)凝露，因此，凝露校核計(jì)算時(shí)選取厚度最小的門側(cè)。凝露校核計(jì)算公式為3-1，因此，首先要確定相關(guān)參數(shù)：環(huán)境溫度t1為32 C，箱內(nèi)空氣溫度t2為-18。另外，對(duì)于相關(guān)傳熱系數(shù)的規(guī)定：當(dāng)室內(nèi)風(fēng)速為O.10.15ms時(shí)，1可取3.511.6W/(m2K)；箱內(nèi)空氣為自然對(duì)流(直冷式)時(shí)，2可

31、取0.61.2W/(m2K)；雙門雙溫問冷式電冰箱，由于箱內(nèi)風(fēng)速較大，其2可取l723W(m2K)。這里選取室內(nèi)2=0.8 W/(m2K)，隔熱層絕熱系數(shù)0.02 W/(mK)，室外對(duì)流換熱系數(shù)1取11W/(m2K)，則=0.26 W/(m2K)則外表面溫度高于國家標(biāo)準(zhǔn)GB8059.1的規(guī)定的凝露溫度。（2）冷藏室凝露校核冷藏室最薄的地方仍然是門側(cè)，因此，計(jì)算方法同冷凍室，可計(jì)算出外表面溫度為=31.4同樣高于國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的凝露溫度。一般情況下，如果箱體尺寸參考了市場(chǎng)上產(chǎn)品的尺寸，則一般不存在凝露問題，但最好進(jìn)行一下凝露校核。四、保溫層檢驗(yàn)和校核4.1實(shí)驗(yàn)過程用木條和聚氨酯泡沫粘成一個(gè)簡易的保

32、溫層，根據(jù)設(shè)計(jì)好的硬質(zhì)聚氨酯保溫層，設(shè)定初始溫度都20度，起始溫度是18度，將溫度計(jì)放在保溫層內(nèi)，密封開始制冷10分鐘，打開，看溫度計(jì)溫度，算出溫度變化量，記錄在表格內(nèi)。表4.1 聚氨酯泡沫保溫層測(cè)定結(jié)果材料初始溫度（度）變化溫度（度）制冷時(shí)間（分）聚氨酯泡沫185.510然后更換保溫棉，用木條和保溫棉粘成一個(gè)簡易的保溫層，根據(jù)設(shè)計(jì)好的保溫棉保溫層，設(shè)定初始溫度都20度，起始溫度是18度，將溫度計(jì)放在保溫層內(nèi)，密封開始制冷10分鐘，打開，看溫度計(jì)溫度，算出溫度變化量，記錄在表格內(nèi)。表4.2 保溫棉保溫層測(cè)定結(jié)果材料初始溫度（度）變化溫度（度）制冷時(shí)間（分）保溫棉183.610現(xiàn)在綜合對(duì)比所獲得

33、的數(shù)據(jù)。表4.3 兩種材料測(cè)定結(jié)果的對(duì)比材料初始溫度（度）變化溫度（度）制冷時(shí)間（分）聚氨酯泡沫185.510保溫棉183.610從以上兩個(gè)表格中可以看出聚氨酯泡沫材料之稱的保溫層的溫度變化是要大于保溫棉制成的保溫層的，從而說明聚氨酯泡沫材料的保溫性能更好。4.2實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析作為一種出色的保溫材料，硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料在冰箱隔熱層中的應(yīng)用幾乎占據(jù)著不可替代的地位，因此，冰箱制造業(yè)是聚氨酯泡沫的一個(gè)重要應(yīng)用領(lǐng)域。冰箱工業(yè)已漸漸成為中國家電制造業(yè)中首先在全球市場(chǎng)強(qiáng)勢(shì)崛起的產(chǎn)品領(lǐng)域。因此對(duì)于冰箱工業(yè)，研究聚氨酯硬泡材料的特性，進(jìn)而科學(xué)、合理、正確使用聚氨酯硬泡材料是提高冰箱質(zhì)量、降低成本和保護(hù)環(huán)境，為

34、全球消費(fèi)者提供質(zhì)量過關(guān)、綠色節(jié)能環(huán)保、并且高水準(zhǔn)的產(chǎn)品，引領(lǐng)著全球電冰箱產(chǎn)品的消費(fèi)革命和發(fā)展趨勢(shì)所必不可少的。聚氨酯可以制成橡膠、塑料、涂料、粘合劑、纖維等多種材料，其中聚氨酯泡沫塑料是眾多聚氨酯合成材料中的主要種類之一。硬質(zhì)聚氨酯泡沫塑料（聚氨酯硬泡）具有優(yōu)異的力學(xué)性能、電學(xué)性能、保溫性能、耐化學(xué)品性能和聲學(xué)性能，特別是具有卓越的絕熱性能。它的主要特征是多孔性，密度低，比強(qiáng)度高，而且其密度、強(qiáng)度、硬度等均可以隨著原料配方的不同而改變，再加上其成型加工十分方便，因此在建筑絕熱材料、工業(yè)儲(chǔ)罐、冰箱冰柜的隔熱保溫層、冷藏運(yùn)輸以及仿木家具制造、輸送管道絕熱等諸多領(lǐng)域獲得越來越廣泛的應(yīng)用（國家環(huán)?？偩?/p>

35、 2002）。在新能源領(lǐng)域，聚氨酯復(fù)合材料能夠制成風(fēng)機(jī)葉片，填補(bǔ)了環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的不足。發(fā)展太陽能事業(yè)中聚氨酯材料同樣也不可或缺，例如太陽能光伏組件的背板和墊板都使用了聚氨酯材料，太陽能電池板采用的新材料為熱塑性聚氨酯薄膜（北京今日興遠(yuǎn) 2011）。五、結(jié)論本文采用 FLUENT 軟件，根據(jù)聚氨酯泡沫化學(xué)反應(yīng)的原料體系，建立聚氨酯材料發(fā)泡過程中的數(shù)學(xué)模型，建立計(jì)算聚氨酯泡沫發(fā)泡過程化學(xué)反應(yīng)程度的標(biāo)量方程，建立計(jì)算化學(xué)反應(yīng)放熱與物理發(fā)泡劑蒸發(fā)吸熱的能量方程，并通過二次開發(fā)程序?qū)崿F(xiàn)材料參數(shù)的定義以及控制方程源項(xiàng)參數(shù)的定義。在二維矩形區(qū)域內(nèi)放入 2.16kg 的聚氨酯混合液，將泡沫的膨脹過程簡化為

36、非定常層流流動(dòng)過程，并模擬聚氨酯泡沫發(fā)泡的膨脹流動(dòng)過程?；瘜W(xué)反應(yīng)與膨脹流動(dòng)無關(guān)，溫度變化主要由化學(xué)反應(yīng)放熱和物理發(fā)泡劑蒸發(fā)吸熱產(chǎn)生，因此也與膨脹流動(dòng)無關(guān)。將化學(xué)反應(yīng)程度與流動(dòng)過程分開計(jì)算，化學(xué)反應(yīng)在 4550 秒左右可以認(rèn)為結(jié)束。當(dāng)化學(xué)反應(yīng)趨于結(jié)束時(shí)，水組分轉(zhuǎn)換率為 0.79766917，羥基組分的轉(zhuǎn)換率為 0.2537902。聚氨酯混合液膨脹 40s 后，其密度降至約 30kg/m，混合液內(nèi)最高溫度上升至 137.8014，后期交聯(lián)反應(yīng) 100s 時(shí)溫度升高至 153.5989，化學(xué)反應(yīng)高度放熱。 采用高度游標(biāo)卡尺和光學(xué)精密平臺(tái)搭配，將冰箱門三個(gè)頂點(diǎn)墊平，測(cè)量門體立柱的變形量，得到兩個(gè)門體的

37、最大變形量分別為 2.56mm 和 2.42mm。測(cè)量門體內(nèi)聚氨酯樣品的密度約為 42.6037kg/m，導(dǎo)熱系數(shù)約為 0.02626W/(mK)，比熱容約為 2380.455J/(kgK)。 利用 ABAQUS 軟件分別對(duì)門體充型用的聚氨酯泡沫層和門體組件組合而成的門體結(jié)構(gòu)進(jìn)行脫模冷卻過程的溫度場(chǎng)、熱變形分析。聚氨酯泡沫層在冷卻4 小時(shí)后內(nèi)部的最高溫度為 25.05，門體結(jié)構(gòu)冷卻 4 小時(shí)后，最高溫度為25.04，兩者結(jié)果幾乎相同，可見門體外殼構(gòu)件對(duì)門體脫模冷卻的溫度場(chǎng)影響不大。整塊的聚氨酯材料的脫模冷卻熱變形趨勢(shì)呈中間向門內(nèi)側(cè)凸起，而門體的變形呈現(xiàn)中間向門外側(cè)凸起，與實(shí)際測(cè)量的變形趨勢(shì)相符

38、，說明門體的外殼結(jié)構(gòu)嚴(yán)重影響門體的變形。仿真結(jié)果與測(cè)量結(jié)果的差異說明是仿真模型的簡化，材料物性參數(shù)等方面的因素所致，其中門體中作為裝飾門面板的 5mm 厚的鋼化玻璃板為主要影響因子。當(dāng)聚氨酯泡沫不受外殼限制時(shí)，其收縮變形十分明顯。而考慮外殼之后，其收縮變形受到抑制。由于門面板的 5mm 鋼化玻璃有效抵制了附近的變形，而門內(nèi)膽的白色 HIPS 板則不能很好的抵制內(nèi)側(cè)的收縮趨勢(shì)，因此變形呈中間收縮的趨勢(shì)。參考文獻(xiàn)1 陳鼎南. 2007. 聚氨酯澆注設(shè)備及制品成型工藝M. 北京: 化學(xué)工業(yè)出版社. 2 方禹聲,朱呂民. 2005. 聚氨酯泡沫塑料M. 北京:化學(xué)工業(yè)出版社. 3 傅獻(xiàn)彩,沈文霞,姚天揚(yáng),侯文華. 2005. 物理化學(xué)(第五版 上)M. 北京:高等教育出版社(南京大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院). 4 國家環(huán)?？偩謱?duì)外經(jīng)濟(jì)合作領(lǐng)導(dǎo)