冷藏车内部流场的数值研究

【摘 要】我们能够吃到新鲜的蔬菜、瓜果、肉类、海产品等食物，大多依赖于冷藏车的冷藏特性，才能使得新鲜的蔬果避免腐坏，冷藏车已成为我们的生产和生活中必不可少的一部分，冷藏车内部流场，直接决定冷藏车的冷藏质量，对于冷藏车内部流场的数值研究已成为国内外研究的重要课题。本文主要通过数值模拟的方式对冷藏车内部流场进行研究。

【关键词】冷藏车；内部流场；物理模型；数学模型；数值研究

0 前言

冷藏车内部流场值得是冷藏车内部的空气流场，空气流场又决定了冷藏的效果，因此，内部流场直接关系到所运物品的特性、蒸发设备的性能、制冷设备的性能等，通过对其进行数值研究，达到科学组织冷藏车内部流场，以实现冷藏效果，节省资源，保证食物质量的目的。随着科学技术的不断发展和计算机的不断普及，内部流场的数值模拟研究中主要应用了CFD技术和Fluent软件，首先通过获取冷藏车内部流场的温度数值和温度分布的情况，然后对其结果采用科学的实验方法进行验证，这种研究方法对冷藏车的设计、对冷藏车资源的消耗、冷藏的效果等具有十分重要的作用。

1 现状分析

传统的冷藏车内部流场的数值研究的方法，是通过实验法，就是通过做实验的方法对内部流场的数值进行测量，或者可视法，也就是将内部气流流场视作实体化进行数值研究，但是，传统的数值研究方法由于研究成本较高，且无法获取冷藏车内部流场的准确的数值，都不太适合现实的应用或者应用起来比较困难，也就难以适应现代研究的需求。随着科学技术的不断发展，数值研究也得到了较大发展，模拟法的发展为内部流场的研究提供了新的研究方法，将数值研究和模拟法相结合，能够将内部流场的实际运行状态通过模拟获得各种所需的信息，具有费用低、时间短、结果快且准的优点，对于内部流场的数值研究有重要的意义。

2 物理模型

冷藏车的主要部分是冷藏车厢，主要由制冷设备、温度仪、隔热保温板组成，隔热保温板组成了车厢的箱体，隔热保温板一般是由高分子材料聚氨酯材料构成的，这种高分子材料具有密度低、隔热性能良好、使用寿命较长的优点。本文研究的冷藏车车厢的物理模型，我们将其简化处理后，将其视作长方体的尺寸数据为：长5.5m*宽2.2m*高1.9m。

3 数学模型

建立内部流场的数学模型，首先我们要先确定各变量，我们将车厢的宽作为X变量，将车厢高作为Y变量，将车厢的长作为Z变量，然后进行数学建模，一般我们采用的是控制方程的方法，其主要是由连续方程、动量方程以及紊流能量方程等构成的方程组。综合之后，其通用方程为：div（ρVφ）=div（Гgradφ）+S

φ表示通用变量；

Г是与φ相对应的广义扩散系数；

S是与φ相对应的广义源项。

通过以上方程，我们就可以得到k-ξ模型的中的车厢内部流场有关的方程，如图1所示。

我们给定入口的速度，将作为入口边界；将出口的各方向的数值，是根据压力大小和温度的变化确定的，将其作为出口边界；箱体的避免进行无滑移边处理，作为壁面的边界。应用Fluent软件对我们的数学建模进行计算，获得冷藏车内部流场的数值。通过计算可知，沿着车厢长的Z方向的车厢壁面的前上方和后上方的温度极高，这是因为气流分布不均匀达不到车厢角，形成了死角。车厢的进风口处，温度最低，且湿度也最低；车厢的避免处，温度较高，原因是车厢壁面与外界空气的传热作用，以及避免采用的是无滑移处理方法因此，温度较高，且壁面的温度呈现一个四角温度高中间温度低的分布趋势，且该区域的湿度也较高；车厢周围的四个顺直方向上，温度也较高；车厢中心部位，由于热传递较慢的原因，温度要比车厢进风口处高；车厢内物体自身的原因、涡流现象及气流速度慢的原因，造成物品堆放区的温度也较高，且湿度最高。

为了确保数学建模所得数值与实际数值一致，我们对车厢温度进行了实验验证，分别沿车厢长、宽、高部位设置温度记录仪，记录实际的车厢温度值。因为我们建立的数学模型对各因素的分析还是存在漏洞的，对某些因素采用了近似或者忽略的处理方式，另外，呼吸作用、涡流现象的作用效果比较复杂，我们在数值研究过程中难免有一些误差存在。通过实验统计后比较发现，我们通过数学建模分析得到的内部流场的温度数值与实际车厢内部的数值虽然有一定差异，但是基本是一致的，证明我们数学模型分析的结果是正确的，是合乎实际情况的。

通过以上研究，我们发现影响冷藏车内部流场的影响因素有很多，比如所运物品自身的原因（如呼吸作用等）、涡流作用、内外部的热交换作用、制冷设备的性能高低、车体所选材料的保温隔热性能、车厢开门关门的次数、分子热运动等，这些宏观或者微观的影响因素对冷藏车内部流场的温度和湿度存在较大的影响。我们发现车厢壁面的温度最高，进风口处的温度最低，物品堆放区的温度较高，且湿度较高，物品堆放区的左右边界温度相对一致，但是上下部位的温度存在较大的差异。冷藏车内部流场的气流分布不均匀且造成了资源和能源的浪费。

4 结束语

综上所述，我们采用了CFD技术和Fluent软件对冷藏车内部流场进行了数值研究，对冷藏车内部流场数值研究用到的理论进行了简单介绍，对冷藏车的物理模型进行了简单的假设，并根据所建立的物力模型的尺寸进行了数学建模，通过确定各变量，带入方程中进行计算后，得出车厢内部流场的情况，并得出结论，在分析冷藏车内部流场的影响因素后，得出了冷藏车内部流场在车厢高度方向上分布不均，温度和湿度分布不合理的结果，并通过实验进行验证，发现与我们数学建模获得的数据基本一致。我们对冷藏车内部流场的数值研究对于冷藏车未来的发展和设计具有重要的指导意义，对于今后需要冷藏物体的储藏方法提供了有价值的参考信息。

【参考文献】

[1]张娅妮，陈洁，陈蕴光，等.机械式冷藏车中货物装载间隙对厢内温度场的影响[J].制冷与空调，2007，7（4）：101-104.

[2]陈焕新，蔡敏，张春安.冷板冷藏车运输过程中冷冻货物的温度分布[J].流体机械，2005，33（4）：65-68.

[3]陶文铨.数值传热学.2版[M].西安：西安交通大学出版社，2002.

[责任编辑：丁艳]

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