Uniformity of Temperature in Cold Storage Using CFD Simulation

To maintain the storage quality of agricultural products, temperature uniformity during cold storage, which is affected by fan flow rate and product arrangement, is important. We simulated and validated a CFD (Computational Fluid Dynamics) model that can predict both airflow and temperature distribution in a cold storage environment. Computations were based on a commercial code (FLUENT 6.2) and two turbulence models. The standard k-$\varepsilon$ model and the Reynolds stress model (RSM) were chosen to improve the accuracy of CFD prediction. To obtain comparative data, the temperature distribution and velocity vector profiles were measured in a full-scale cold storage facility and in a 1/5 scale model. The agricultural products domain in cold storage was modeled as porous for economical computation. The RSM prediction showed good agreement with experimental data. In addition, temperature distribution was simulated in the cold storage rooms to estimate the uniformity of temperature distribution using the validated model.

CFD 시뮬레이션을 이용한 농산물 저온저장고내의 온도분포 균일화 연구

농산물 저온저장고 내부의 온도분포 균일화를 수치해석적으로 분석하기 위해 3차원 CFD 시뮬레이션을 수행하였다. CFD 시뮬레이션 모델은 속도벡터 및 온도분포 측정치와 비교를 통해 검증하였으며, 온도분포 균일화 향상을 위한 적정 팬용량 및 적재방법을 설정하기 위해 몇 가지 팬풍속 및 저장물과 벽체간의 거리 등에 대해 기류패턴과 온도 분포를 분석하였다. CFD 시뮬레이션의 검증에서 속도벡터 분포는 PIV시스템에 의한 측정치와 비교했을 때 표준 k-$\varepsilon$모델 예측치와 측정치의 상대적 오차는 24.5%로 나타났고, RSM 모델 예측치와 측정치의 상대적 오차는 16.7%로 나타나 RSM 난류모델의 예측 정밀도가 더 높은 것으로 나타났다. 온도분포 검증 결과 실측치와 측정치의 R. M. S. 값은 농산물 무적재 상태에서 $0.33^{\circ}C$, 농산물 적재 상태에서는 $0.28^{\circ}C$로 나타났으며 예측값과 측정값의 온도분포 경향은 잘 일치하는 것으로 나타났다. 검증된 시뮬레이션 모델을 이용하여 $6{\times}10$열 2단 팔레트에 농산물이 적재되고 냉각용 송풍팬이 2개인 저온저장고에 대해 송풍팬의 풍량 및 저장물과 벽체와의 간격 변화의 영향을 분석한 결과, 저장물과 벽체와의 거리는 300 mm 이상, 송풍량은 300 CMM 이상에서 저장고 내의 공기 온도차는 $1^{\circ}C$이내로 유지되며 팔레트 사이에 간격을 둔 경우 온도분포의 균일성이 향상되는 것으로 나타났다.