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，車廂內部空氣流動類型，貨物去堆棧方式，制冷風機速度等直接影響到車廂內部以及貨物區(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量、貨架期以及整體運輸經(jīng)濟效益的關鍵。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)今供應商所追求的目標,也對節(jié)能減排起

2、到重要作用。
　　計算流體力學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、熱量和質量傳遞）。隨著計算流體力學數(shù)值模擬技術的不斷成熟，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)濟效益都具有重要意義。本文主要的研究內容分為以下3部分：
　?。?）以目前短距離運輸

3、車為研究對象，利用計算流體力學（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、不同制冷風機速度下車廂內部微環(huán)境溫度場分布情況，在特定邊界條件下，交替改變出風口風速和貨物堆棧方式，通過對比分析，確定最佳出風口風速和貨物堆棧方式,。結果表明當風速為5m/s，堆棧方式為中間及兩側留空時冷藏車廂體內溫度場分布均勻性

4、最佳。經(jīng)試驗驗證，模擬結果與實測結果基本吻合，溫度平均絕對誤差不高于1℃。
　?。?）在合理控制貨物堆棧方式、制冷風機速度的同時，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的溫度場分布情況。結果表明在組合方式為制冷溫度3℃，制冷時間和關閉制冷風機階段都為10 min時比制冷溫度為0℃

5、，制冷時間15 min和關閉制冷風機為20 min時要節(jié)約3.6×105 J能耗。
　　（3）為充分利用模擬結果數(shù)據(jù)，使得對車廂內部點位置溫度進行查詢，快速了解內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)，將模擬結果直觀的展示給用戶，使得用戶可以方便、快捷的對結果進行查詢、分析、驗證。本系統(tǒng)以生成圖表的形式對模擬結果進行分析和對比驗證，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、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)內部溫差的堆棧方式和有利于車廂內部溫度均勻分布的制風機速度，并結合冷藏車制冷機組

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果的準確性。結合模擬結果數(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部的溫度場空間分布情況，并對未來CFD應用在冷鏈物流上的發(fā)展趨勢進行了展望，該研究為降低冷藏運輸車廂內部溫差，減少能量浪費，降低運輸成本，以及為實現(xiàn)