Nelle vetrine per alimenti refrigerate di tipo aperto-, la barriera d'aria separa principalmente l'aria all'interno e all'esterno del mobile, svolgendo un ruolo cruciale nel prevenire la penetrazione del calore esterno. Le prestazioni della barriera d'aria influiscono in modo significativo anche sulla distribuzione della temperatura e della velocità all'interno dell'armadio. I ricercatori si concentrano principalmente su due aspetti: il flusso delle porte a lama d'aria, i meccanismi di trasferimento del calore e l'ottimizzazione delle porte a lama d'aria.
1. Meccanismi di flusso delle barriere d'aria e di trasferimento di calore
I meccanismi del flusso della cortina d’aria e del trasferimento di calore non sono solo legati alla velocità di uscita della cortina d’aria, alla temperatura e all’intensità della turbolenza iniziale, ma sono anche influenzati dalla galleggiabilità spaziale e da fattori ambientali esterni, rendendo i fattori di influenza piuttosto complessi. Dopo che la cortina d'aria esce dall'ugello, viene divisa in due regioni: la sezione iniziale e la sezione di flusso principale. Nel primo caso la velocità del flusso centrale rimane costante, nel secondo la velocità del flusso centrale diminuisce. Poiché la lunghezza della sezione iniziale e la viscosità del vortice di entrambe le regioni sono strettamente correlate all'intensità della turbolenza iniziale, è necessario considerare queste due diverse regioni quando si risolve il problema dei getti verticali. Altri ricercatori hanno diviso il flusso della cortina d’aria in tre diverse regioni: la regione di uscita, la regione di sviluppo e la regione dell’aria di ritorno, con le loro capacità di tenuta che diminuiscono in sequenza. Le prime due regioni sono influenzate principalmente dalla velocità di uscita della barriera d'aria, mentre la terza regione è principalmente influenzata dalla struttura dell'uscita dell'aria di ritorno della barriera d'aria. Nella regione di uscita, la velocità del flusso della cortina d'aria è elevata e direzionale; il punto di partenza e la direzione del flusso nella regione di sviluppo sono influenzati principalmente dalla regione di sbocco; e la direzione del flusso nella zona dell'aria di ritorno viene notevolmente distorta sotto l'influenza dell'effetto di aspirazione dell'uscita dell'aria di ritorno. La fluidodinamica computazionale (CFD) è una tecnica efficace per migliorare la struttura delle apparecchiature di refrigerazione e ottimizzare il campo di flusso interno, consentendo la simulazione di campi di temperatura e di flusso dettagliati all'interno della regione di flusso. Alcuni studiosi hanno simulato la velocità di organizzazione del flusso d'aria e la distribuzione della temperatura all'interno delle celle frigorifere utilizzando la tecnologia CFD, fornendo riferimenti teorici per ottimizzare le impostazioni dei ventilatori e il posizionamento delle merci nelle celle frigorifere. Zhao Xinxin et al. ha studiato l'influenza delle guide nei compartimenti dei camion refrigerati sulla distribuzione della temperatura all'interno del compartimento attraverso la simulazione numerica, fornendo una guida teorica per ottimizzare le prestazioni dei camion refrigerati con singolo-evaporatore e multi-zona di temperatura.
Negli ultimi anni, la tecnologia CFD è stata ampiamente utilizzata nelle vetrine refrigerate. Yu Kezhi et al. ha utilizzato un modello a due-fluidi per simulare numericamente la barriera d'aria di una vetrina verticale. Rispetto al modello di turbolenza K-ε, i risultati di calcolo di questo modello sono più coerenti con i valori sperimentali.
2. Ottimizzazione della barriera d'aria
I principali parametri che influenzano le prestazioni delle vetrine refrigerate includono la struttura a nido d'ape, l'altezza della barriera d'aria, lo spessore della barriera d'aria e la velocità di uscita dell'aria. Poiché la distribuzione della velocità, l'intensità della turbolenza e lo spessore della barriera d'aria sono strettamente correlati alla struttura dell'uscita dell'aria, la struttura dell'uscita dell'aria della vetrina è un fattore importante che influisce sulle prestazioni della barriera d'aria. Nelle applicazioni pratiche, viene spesso utilizzata una struttura a nido d'ape nell'uscita della porta a lama d'aria per ridurre l'eccessiva intensità di turbolenza. Per ottenere un'adeguata attenuazione della turbolenza, il rapporto tra la lunghezza e l'apertura della struttura a nido d'ape dovrebbe essere maggiore di 10.
Il modello di flusso della barriera d'aria formato dall'alimentazione d'aria superiore dell'armadio è correlato a fattori quali la velocità di alimentazione dell'aria, l'altezza e lo spessore della barriera d'aria. Quando l'altezza della barriera d'aria è 300 mm, la velocità del vento dovrebbe raggiungere almeno 0,6 m/s; quando l'altezza è 800 mm, la velocità del vento deve raggiungere 2 m/s per formare una barriera d'aria stabile con un rapporto di aspetto di 1/5. L'aumento dello spessore della barriera d'aria può migliorare la capacità della barriera d'aria di sigillare l'area aperta, ma uno spessore eccessivo della barriera d'aria causerà perdita di freddo e aumenterà il consumo energetico della vetrina refrigerata. Pertanto, lo spessore dell'uscita della barriera d'aria è solitamente controllato tra 50 e 80 mm. Alcuni studiosi hanno anche utilizzato la velocimetria delle immagini delle particelle e la tecnologia di imaging a infrarossi per condurre simulazioni numeriche e studi sperimentali sulle caratteristiche del flusso della cortina d'aria e hanno proposto alcune misure efficaci per ottimizzare la cortina d'aria. Cao et al. ha utilizzato un modello a due-fluidi migliorato e un modello a due-fluidi a perdita di freddo per simulare numericamente il trasferimento di calore e il flusso della barriera d'aria e dell'aria circostante, ottimizzando razionalmente la barriera d'aria e migliorando le prestazioni della vetrina.
Attualmente, i ricercatori si concentrano principalmente sullo studio dei meccanismi e sugli studi numerici delle prestazioni delle porte a lama d'aria delle vetrine refrigerate. Tuttavia, la simulazione numerica presenta ancora alcune limitazioni nella comprensione dei meccanismi di flusso e trasferimento di calore e nel processo di ottimizzazione della barriera d’aria. Il modello a getto, il modello di flusso laminare, il modello di stress di Reynolds e il modello a due-fluidi sviluppati in letteratura sono applicabili solo alle rispettive condizioni specifiche. In particolare, i modelli bidimensionali di stato stazionario-sono comunemente utilizzati nei calcoli numerici, che non possono studiare situazioni più complesse più vicine all'ambiente reale. Pertanto, nella ricerca futura sono necessari ulteriori miglioramenti nei metodi di ricerca e negli schemi sperimentali.
