冷藏車內部流場的數值研究

【摘 要】我們能夠吃到新鮮的蔬菜、瓜果、肉類、海產品等食物，大多依賴于冷藏車的冷藏特性，才能使得新鮮的蔬果避免腐壞，冷藏車已成為我們的生產和生活中必不可少的一部分，冷藏車內部流場，直接決定冷藏車的冷藏質量，對于冷藏車內部流場的數值研究已成為國內外研究的重要課題。本文主要通過數值模擬的方式對冷藏車內部流場進行研究。

【關鍵詞】冷藏車；內部流場；物理模型；數學模型；數值研究

0 前言

冷藏車內部流場值得是冷藏車內部的空氣流場，空氣流場又決定了冷藏的效果，因此，內部流場直接關系到所運物品的特性、蒸發設備的性能、制冷設備的性能等，通過對其進行數值研究，達到科學組織冷藏車內部流場，以實現冷藏效果，節省資源，保證食物質量的目的。隨著科學技術的不斷發展和計算機的不斷普及，內部流場的數值模擬研究中主要應用了CFD技術和Fluent軟件，首先通過獲取冷藏車內部流場的溫度數值和溫度分布的情況，然后對其結果采用科學的實驗方法進行驗證，這種研究方法對冷藏車的設計、對冷藏車資源的消耗、冷藏的效果等具有十分重要的作用。

1 現狀分析

傳統的冷藏車內部流場的數值研究的方法，是通過實驗法，就是通過做實驗的方法對內部流場的數值進行測量，或者可視法，也就是將內部氣流流場視作實體化進行數值研究，但是，傳統的數值研究方法由于研究成本較高，且無法獲取冷藏車內部流場的準確的數值，都不太適合現實的應用或者應用起來比較困難，也就難以適應現代研究的需求。隨著科學技術的不斷發展，數值研究也得到了較大發展，模擬法的發展為內部流場的研究提供了新的研究方法，將數值研究和模擬法相結合，能夠將內部流場的實際運行狀態通過模擬獲得各種所需的信息，具有費用低、時間短、結果快且準的優點，對于內部流場的數值研究有重要的意義。

2 物理模型

冷藏車的主要部分是冷藏車廂，主要由制冷設備、溫度儀、隔熱保溫板組成，隔熱保溫板組成了車廂的箱體，隔熱保溫板一般是由高分子材料聚氨酯材料構成的，這種高分子材料具有密度低、隔熱性能良好、使用壽命較長的優點。本文研究的冷藏車車廂的物理模型，我們將其簡化處理后，將其視作長方體的尺寸數據為：長5.5m*寬2.2m*高1.9m。

3 數學模型

建立內部流場的數學模型，首先我們要先確定各變量，我們將車廂的寬作為X變量，將車廂高作為Y變量，將車廂的長作為Z變量，然后進行數學建模，一般我們采用的是控制方程的方法，其主要是由連續方程、動量方程以及紊流能量方程等構成的方程組。綜合之后，其通用方程為：div（ρVφ）=div（Гgradφ）+S

φ表示通用變量；

Г是與φ相對應的廣義擴散系數；

S是與φ相對應的廣義源項。

通過以上方程，我們就可以得到k-ξ模型的中的車廂內部流場有關的方程，如圖1所示。

我們給定入口的速度，將作為入口邊界；將出口的各方向的數值，是根據壓力大小和溫度的變化確定的，將其作為出口邊界；箱體的避免進行無滑移邊處理，作為壁面的邊界。應用Fluent軟件對我們的數學建模進行計算，獲得冷藏車內部流場的數值。通過計算可知，沿著車廂長的Z方向的車廂壁面的前上方和后上方的溫度極高，這是因為氣流分布不均勻達不到車廂角，形成了死角。車廂的進風口處，溫度最低，且濕度也最低；車廂的避免處，溫度較高，原因是車廂壁面與外界空氣的傳熱作用，以及避免采用的是無滑移處理方法因此，溫度較高，且壁面的溫度呈現一個四角溫度高中間溫度低的分布趨勢，且該區域的濕度也較高；車廂周圍的四個順直方向上，溫度也較高；車廂中心部位，由于熱傳遞較慢的原因，溫度要比車廂進風口處高；車廂內物體自身的原因、渦流現象及氣流速度慢的原因，造成物品堆放區的溫度也較高，且濕度最高。

為了確保數學建模所得數值與實際數值一致，我們對車廂溫度進行了實驗驗證，分別沿車廂長、寬、高部位設置溫度記錄儀，記錄實際的車廂溫度值。因為我們建立的數學模型對各因素的分析還是存在漏洞的，對某些因素采用了近似或者忽略的處理方式，另外，呼吸作用、渦流現象的作用效果比較復雜，我們在數值研究過程中難免有一些誤差存在。通過實驗統計后比較發現，我們通過數學建模分析得到的內部流場的溫度數值與實際車廂內部的數值雖然有一定差異，但是基本是一致的，證明我們數學模型分析的結果是正確的，是合乎實際情況的。

通過以上研究，我們發現影響冷藏車內部流場的影響因素有很多，比如所運物品自身的原因（如呼吸作用等）、渦流作用、內外部的熱交換作用、制冷設備的性能高低、車體所選材料的保溫隔熱性能、車廂開門關門的次數、分子熱運動等，這些宏觀或者微觀的影響因素對冷藏車內部流場的溫度和濕度存在較大的影響。我們發現車廂壁面的溫度最高，進風口處的溫度最低，物品堆放區的溫度較高，且濕度較高，物品堆放區的左右邊界溫度相對一致，但是上下部位的溫度存在較大的差異。冷藏車內部流場的氣流分布不均勻且造成了資源和能源的浪費。

4 結束語

綜上所述，我們采用了CFD技術和Fluent軟件對冷藏車內部流場進行了數值研究，對冷藏車內部流場數值研究用到的理論進行了簡單介紹，對冷藏車的物理模型進行了簡單的假設，并根據所建立的物力模型的尺寸進行了數學建模，通過確定各變量，帶入方程中進行計算后，得出車廂內部流場的情況，并得出結論，在分析冷藏車內部流場的影響因素后，得出了冷藏車內部流場在車廂高度方向上分布不均，溫度和濕度分布不合理的結果，并通過實驗進行驗證，發現與我們數學建模獲得的數據基本一致。我們對冷藏車內部流場的數值研究對于冷藏車未來的發展和設計具有重要的指導意義，對于今后需要冷藏物體的儲藏方法提供了有價值的參考信息。

【參考文獻】

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