基于CFD的冷链运输车辆车厢微环境动态模拟研究
在食用农产品冷链物流中，车厢内部空气流动类型，货物去堆栈方式，制冷风机速度等直接影响到车厢内部以及货物区的平均温度分布情况，温度过高或过低都会对运输产品产生损害，过高会增大食品呼吸作用、加快微生物繁殖等危害现象，过低会对食品产生直接的冷害，因此，温度场的均匀分布成为保障货物质量、货架期以及整体运输经济效益的关键。然而，在满足冷藏运输食品所需低温环境的同时，减少不必要的能量消耗，降低整体运输成本，既是现今供应商所追求的目标,也对节能减排起到重要作用。 计算流体力学是通过求解偏微分方程组，从定性和定量上分析流动过程中的耦合输运现象（气流、热量和质量传递）。随着计算流体力学数值模拟技术的不断成熟，精确性和可靠性的不断提高，近年来在食用农产品冷链物流中得到广泛的应用，对提高冷藏类食用农产品运输所需低温环境的温度均匀性、确定货物堆栈方式、合理控制制冷时间，以及对提高整体冷链物流经济效益都具有重要意义。本文主要的研究内容分为以下3部分： （1）以目前短距离运输车为研究对象，利用计算流体力学（computational fluid dynamics，CFD）三维非稳态SSTκ-ω湍流模型和FLUENT流体模拟软件，以土豆为试验货物区冷藏运输食品，模拟不同货物堆栈方式、不同制冷风机速度下车厢内部微环境温度场分布情况，在特定边界条件下，交替改变出风口风速和货物堆栈方式，通过对比分析，确定最佳出风口风速和货物堆栈方式,。结果表明当风速为5m/s，堆栈方式为中间及两侧留空时冷藏车厢体内温度场分布均匀性最佳。经试验验证，模拟结果与实测结果基本吻合，温度平均绝对误差不高于1℃。 （2）在合理控制货物堆栈方式、制冷风机速度的同时，维持货物所需低温环境的前提下，通过减少不必要的冷却时间，可直接减少冷藏车不必要的能量消耗。该文依据冷藏车制冷机组功率和货物最佳冷藏温度范围，模拟2种不同制冷温度（0和3℃），不同冷却时间车厢内的温度场分布情况。结果表明在组合方式为制冷温度3℃，制冷时间和关闭制冷风机阶段都为10 min时比制冷温度为0℃，制冷时间15 min和关闭制冷风机为20 min时要节约3.6×105 J能耗。 （3）为充分利用模拟结果数据，使得对车厢内部点位置温度进行查询，快速了解内部温度场分布情况以及直观的得到某点位置温度值，以致开发车厢微环境立体监测系统成为必要。通过SQL server2000管理和存储数据，以Microsoft Visual Studio2005+MATLAB R2009a为开发工具，在Windows环境下开发、编译和调试，开发基于CFD的车厢微环境立体监测系统，将模拟结果直观的展示给用户，使得用户可以方便、快捷的对结果进行查询、分析、验证。本系统以生成图表的形式对模拟结果进行分析和对比验证，存储用户提交的操作过程中所遇到的突发性错误，以便改进、提高、完善系统稳定性。 本文以目前主流短距离冷藏车为研究对象，模拟车厢内部微环境温度场的变化以及分布情况，确定有利于减少货物区内部温差的堆栈方式和有利于车厢内部温度均匀分布的制风机速度，并结合冷藏车制冷机组功率和货物最佳冷藏温度范围，提出更有利于减少不必要能耗的制冷温度和制冷时间节能方式组合，试验结果与测试值基本吻合，体现了试验过程的合理性和试验结果的准确性。结合模拟结果数据，开发车厢微环境立体监测系统，使更直观、快捷的对车厢内部温度查询和分析。本文揭示了不同边界条件下以及不同制冷时间下车厢内部的温度场空间分布情况，并对未来CFD应用在冷链物流上的发展趋势进行了展望，该研究为降低冷藏运输车厢内部温差，减少能量浪费，降低运输成本，以及为实现车厢内部温度自动化、智能化控制提供了可靠的理论支持和参考，以期最终实现农产品冷链物流节能、环保、智能、降耗高效发展。
冷链运输车;计算流体动力学;动态模拟;车厢微环境
上海海洋大学
硕士
计算机应用技术
赵春江
2014
中文
U469.66
62
2015-08-17（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）