基于CFD的冷鏈運輸車輛車廂微環(huán)境動態(tài)模擬研究.pdf

1、在食用農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流中，車廂內(nèi)部空氣流動類型，貨物去堆棧方式，制冷風(fēng)機(jī)速度等直接影響到車廂內(nèi)部以及貨物區(qū)的平均溫度分布情況，溫度過高或過低都會對運輸產(chǎn)品產(chǎn)生損害，過高會增大食品呼吸作用、加快微生物繁殖等危害現(xiàn)象，過低會對食品產(chǎn)生直接的冷害，因此，溫度場的均勻分布成為保障貨物質(zhì)量、貨架期以及整體運輸經(jīng)濟(jì)效益的關(guān)鍵。然而，在滿足冷藏運輸食品所需低溫環(huán)境的同時，減少不必要的能量消耗，降低整體運輸成本，既是現(xiàn)今供應(yīng)商所追求的目標(biāo),也對節(jié)能減排起

2、到重要作用。
　　計算流體力學(xué)是通過求解偏微分方程組，從定性和定量上分析流動過程中的耦合輸運現(xiàn)象（氣流、熱量和質(zhì)量傳遞）。隨著計算流體力學(xué)數(shù)值模擬技術(shù)的不斷成熟，精確性和可靠性的不斷提高，近年來在食用農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流中得到廣泛的應(yīng)用，對提高冷藏類食用農(nóng)產(chǎn)品運輸所需低溫環(huán)境的溫度均勻性、確定貨物堆棧方式、合理控制制冷時間，以及對提高整體冷鏈物流經(jīng)濟(jì)效益都具有重要意義。本文主要的研究內(nèi)容分為以下3部分：
　　（1）以目前短距離運輸

3、車為研究對象，利用計算流體力學(xué)（computational fluid dynamics，CFD）三維非穩(wěn)態(tài)SSTκ-ω湍流模型和FLUENT流體模擬軟件，以土豆為試驗貨物區(qū)冷藏運輸食品，模擬不同貨物堆棧方式、不同制冷風(fēng)機(jī)速度下車廂內(nèi)部微環(huán)境溫度場分布情況，在特定邊界條件下，交替改變出風(fēng)口風(fēng)速和貨物堆棧方式，通過對比分析，確定最佳出風(fēng)口風(fēng)速和貨物堆棧方式,。結(jié)果表明當(dāng)風(fēng)速為5m/s，堆棧方式為中間及兩側(cè)留空時冷藏車廂體內(nèi)溫度場分布均勻性

4、最佳。經(jīng)試驗驗證，模擬結(jié)果與實測結(jié)果基本吻合，溫度平均絕對誤差不高于1℃。
　?。?）在合理控制貨物堆棧方式、制冷風(fēng)機(jī)速度的同時，維持貨物所需低溫環(huán)境的前提下，通過減少不必要的冷卻時間，可直接減少冷藏車不必要的能量消耗。該文依據(jù)冷藏車制冷機(jī)組功率和貨物最佳冷藏溫度范圍，模擬2種不同制冷溫度（0和3℃），不同冷卻時間車廂內(nèi)的溫度場分布情況。結(jié)果表明在組合方式為制冷溫度3℃，制冷時間和關(guān)閉制冷風(fēng)機(jī)階段都為10 min時比制冷溫度為0℃

5、，制冷時間15 min和關(guān)閉制冷風(fēng)機(jī)為20 min時要節(jié)約3.6×105 J能耗。
　?。?）為充分利用模擬結(jié)果數(shù)據(jù)，使得對車廂內(nèi)部點位置溫度進(jìn)行查詢，快速了解內(nèi)部溫度場分布情況以及直觀的得到某點位置溫度值，以致開發(fā)車廂微環(huán)境立體監(jiān)測系統(tǒng)成為必要。通過SQL server2000管理和存儲數(shù)據(jù)，以Microsoft Visual Studio2005+MATLAB R2009a為開發(fā)工具，在Windows環(huán)境下開發(fā)、編譯和調(diào)試，開

6、發(fā)基于CFD的車廂微環(huán)境立體監(jiān)測系統(tǒng)，將模擬結(jié)果直觀的展示給用戶，使得用戶可以方便、快捷的對結(jié)果進(jìn)行查詢、分析、驗證。本系統(tǒng)以生成圖表的形式對模擬結(jié)果進(jìn)行分析和對比驗證，存儲用戶提交的操作過程中所遇到的突發(fā)性錯誤，以便改進(jìn)、提高、完善系統(tǒng)穩(wěn)定性。
　　本文以目前主流短距離冷藏車為研究對象，模擬車廂內(nèi)部微環(huán)境溫度場的變化以及分布情況，確定有利于減少貨物區(qū)內(nèi)部溫差的堆棧方式和有利于車廂內(nèi)部溫度均勻分布的制風(fēng)機(jī)速度，并結(jié)合冷藏車制冷機(jī)組

7、功率和貨物最佳冷藏溫度范圍，提出更有利于減少不必要能耗的制冷溫度和制冷時間節(jié)能方式組合，試驗結(jié)果與測試值基本吻合，體現(xiàn)了試驗過程的合理性和試驗結(jié)果的準(zhǔn)確性。結(jié)合模擬結(jié)果數(shù)據(jù)，開發(fā)車廂微環(huán)境立體監(jiān)測系統(tǒng)，使更直觀、快捷的對車廂內(nèi)部溫度查詢和分析。本文揭示了不同邊界條件下以及不同制冷時間下車廂內(nèi)部的溫度場空間分布情況，并對未來CFD應(yīng)用在冷鏈物流上的發(fā)展趨勢進(jìn)行了展望，該研究為降低冷藏運輸車廂內(nèi)部溫差，減少能量浪費，降低運輸成本，以及為實現(xiàn)