基于CFD的冷鏈運(yùn)輸車輛車廂微環(huán)境動(dòng)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(dòng)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(guò)高或過(guò)低都會(huì)對(duì)運(yùn)輸產(chǎn)品產(chǎn)生損害，過(guò)高會(huì)增大食品呼吸作用、加快微生物繁殖等危害現(xiàn)象，過(guò)低會(huì)對(duì)食品產(chǎn)生直接的冷害，因此，溫度場(chǎng)的均勻分布成為保障貨物質(zhì)量、貨架期以及整體運(yùn)輸經(jīng)濟(jì)效益的關(guān)鍵。然而，在滿足冷藏運(yùn)輸食品所需低溫環(huán)境的同時(shí)，減少不必要的能量消耗，降低整體運(yùn)輸成本，既是現(xiàn)今供應(yīng)商所追求的目標(biāo),也對(duì)節(jié)能減排起

2、到重要作用。
　　計(jì)算流體力學(xué)是通過(guò)求解偏微分方程組，從定性和定量上分析流動(dòng)過(guò)程中的耦合輸運(yùn)現(xiàn)象（氣流、熱量和質(zhì)量傳遞）。隨著計(jì)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(lái)在食用農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流中得到廣泛的應(yīng)用，對(duì)提高冷藏類食用農(nóng)產(chǎn)品運(yùn)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(shí)間，以及對(duì)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?jī)?nèi)容分為以下3部分：
　　（1）以目前短距離運(yùn)輸

3、車為研究對(duì)象，利用計(jì)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(yàn)貨物區(qū)冷藏運(yùn)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(chǎng)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(guò)對(duì)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(shí)冷藏車廂體內(nèi)溫度場(chǎng)分布均勻性

4、最佳。經(jīng)試驗(yàn)驗(yàn)證，模擬結(jié)果與實(shí)測(cè)結(jié)果基本吻合，溫度平均絕對(duì)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(shí)，維持貨物所需低溫環(huán)境的前提下，通過(guò)減少不必要的冷卻時(shí)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(shí)間車廂內(nèi)的溫度場(chǎng)分布情況。結(jié)果表明在組合方式為制冷溫度3℃，制冷時(shí)間和關(guān)閉制冷風(fēng)機(jī)階段都為10 min時(shí)比制冷溫度為0℃

5、，制冷時(shí)間15 min和關(guān)閉制冷風(fēng)機(jī)為20 min時(shí)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(duì)車廂內(nèi)部點(diǎn)位置溫度進(jìn)行查詢，快速了解內(nèi)部溫度場(chǎng)分布情況以及直觀的得到某點(diǎn)位置溫度值，以致開(kāi)發(fā)車廂微環(huán)境立體監(jiān)測(cè)系統(tǒng)成為必要。通過(guò)SQL server2000管理和存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，以Microsoft Visual Studio2005+MATLAB R2009a為開(kāi)發(fā)工具，在Windows環(huán)境下開(kāi)發(fā)、編譯和調(diào)試，開(kāi)

6、發(fā)基于CFD的車廂微環(huán)境立體監(jiān)測(cè)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(duì)結(jié)果進(jìn)行查詢、分析、驗(yàn)證。本系統(tǒng)以生成圖表的形式對(duì)模擬結(jié)果進(jìn)行分析和對(duì)比驗(yàn)證，存儲(chǔ)用戶提交的操作過(guò)程中所遇到的突發(fā)性錯(cuò)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(duì)象，模擬車廂內(nèi)部微環(huán)境溫度場(chǎng)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(shí)間節(jié)能方式組合，試驗(yàn)結(jié)果與測(cè)試值基本吻合，體現(xiàn)了試驗(yàn)過(guò)程的合理性和試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性。結(jié)合模擬結(jié)果數(shù)據(jù)，開(kāi)發(fā)車廂微環(huán)境立體監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，使更直觀、快捷的對(duì)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(shí)間下車廂內(nèi)部的溫度場(chǎng)空間分布情況，并對(duì)未來(lái)CFD應(yīng)用在冷鏈物流上的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了展望，該研究為降低冷藏運(yùn)輸車廂內(nèi)部溫差，減少能量浪費(fèi)，降低運(yùn)輸成本，以及為實(shí)現(xiàn)