堆码方式对冷板冷藏车内运输过程中温度分布的影响※

周丽 刘佳霓 刘杨

(武汉商业服务学院，湖北武汉430056)

堆码方式对冷板冷藏车内运输过程中温度分布的影响※

周丽 刘佳霓 刘杨

(武汉商业服务学院，湖北武汉430056)

冷板冷藏车在运输过程中,车内货物温度场是影响其运输质量的关键因素之一。本文通过对运输过程中，货物传热过程的分析，建立了车厢内复杂耦合传热的k-ε数学模型；采用数值模拟的方法，计算了四种不同堆码方式货物动态温度场，指出采用货物中间留有一定间隙的堆码方式，能有效改善冷藏货物的运输质量。

冷板冷藏车;堆码方式;动态温度场;数值模拟

一、前言

目前，冷板冷藏车在运行过程中，车体内货物由于受到热环境的影响及货物本身的呼吸作用，使得货物温度场分布不均匀，微生物的生长和大量繁殖，导致运输货物的大量腐烂，严重影响冷藏货物的质量。因此，研究车内的温度场分布和货物的堆码方式，保持货物处于温度均匀分布、气流组织合理的车内环境下，是保证货物质量的关键。本文通过对运输过程中，货物传热过程的分析，建立了车厢内复杂耦合传热的k-ε数学模型；采用数值模拟的方法，计算了四种不同堆码方式货物动态温度场，指出采用货物中间留有一定间隙的堆码方式，能有效改善冷藏货物的运输质量。

二、冷板冷藏车中不同堆码方式下温度场数值计算

为了提高运输货物的质量，关键是能准确了解和控制车内货物的温度场。本文根据实际情况建立冷板冷藏车的物理模型，对冷却番茄采用多孔介质模型，运用fluent软件对其进行数值计算，气体流动模型采用k-ε湍流模型，气体为理想气体[1]。

（一）物理模型

冷板冷藏车顶为弧形结构，冷板置于车内顶部，物理模型见图1。由图1可以看出，车厢之间的热过程包括：番茄的导热、空气的导热、番茄与空气之间的自然对流换热、空气与冷板之间的自然对流换热以及空气与车厢之间的对流换热。番茄的热过程与车厢内其它热过程相互耦合，构成车厢内复杂热环境。

图1 冷板冷藏车的物理模型

本文以冷却番茄为研究对象，冷板冷藏车从汉口出发至北京，发车时间为14：25，车速度120km/h，运输时间约为20h。在运输过程中，货物堆码在冷藏车厢的装货区内，起货物的堆码方式如图2所示。

图2 货物堆码示意图

（二）数学模型

采用广泛应用于工程中的带浮升力k-ε方程[2]，为计算方便对模型做如下的假设：

1.考虑车体及货物壁面与车内空气温度差很小，视车内空气为辐射透明介质，忽略固体面间的热辐射；

2.车厢内空气符合Boussinesq假定，浮力驱动流动考虑重力加速度的作用，定义货物区初温为274.15K，车厢气密性良好，不考虑漏风影响；

3.空气和货物采用常物性参数，忽略温度化对物性参数的影响，且不考虑运输过程中货水分蒸发等传质因素的影响。

（三）边界及初始条件

运输过程中的冷却番茄紧密堆码在车厢货物区。其边界及初始条件为：

1.冷板处：运输过程中，在研究的时间段内，冷冻板内共晶液不断液化，放出潜热，温度几乎不变，依据某厂提供的冷板车实验资料，可假设冷板温度恒定为T=-10.5℃；

2.车体壁面处:车体壁面的传热系数K=0.22W/（m2·C），室外温度设置为

3.其他固体壁面处：近壁面速度U=V=W=0，假设冷板区域面取绝热边界条件；

4.从冷库内取出的成熟番茄是有呼吸热的，初温设置为T=2℃；

5.调温隔板全部关闭，调温隔板处按照定热流计算[3]。

（四）网格的划分及数值求解

针对上述模型，对其进行三维数值计算，文中在笛卡尔直角坐标系下划分计算网格，采用有限单元法和交错网格对控制方程进行离散，应用fluent软件求解离散控制方程，时间步长取60s。

计算区域内货物为固体，空气为流体，将冷空气在货物区内的流动看做流体在多孔介质中的流动,番茄则为多孔介质中的固体颗粒。本文对番茄在货物区内的间隔排列堆码方式进行了数值计算，其方式所对应的渗透率c、内部阻力系数β、空隙率ε值为:ε=48.8%,c=6.45×105,β=132。

（五）计算结果

1.根据冷板冷藏车运输过程的特点，对车厢内的三维流场进行了非稳态的数值计算。为了清晰看出堆码方式对货物温度场的影响，本文只截得三种不同堆码方式间隙为0mm、100mm、200mm及300mm，且x=8m处货物区温度截面图，其示意图如图3所示；仅选取5h、10h、15h、20h后的温度分布进行比较，其温度场分别为图3～图11。

图3 x＝8m处截图示意图

图4 a=0mm t=10h温度场

图5 a=100mm t=10h温度场

图6 a=200mm t=10h温度场

图7 a=300mm t=10h温度场

图8 a=0mm t=20h温度场

图9 a=100mm t=20h温度场

图10 a=200mm t=20h温度场

图11 a=300mm t=20h温度场

①从图4～图11可见：四种不同堆码方式下，冷却番茄受到外界的热环境影响，致使货物区温度升高；但由于冷板的冷却能力较强，货物区的温度得到了控制；

②从图中明显看出：货物中间的间隙对货物温度分布的影响较大，可以改善y截面方向的温度分布，使得原来的高温区域面积得到减少，在20h整个车厢内的货物最高温度平均降低了1℃左右。这是由于货物中间有了一定的间隙，冷空气能通过间隙吸收和转移大量冷却番茄的呼吸热，使得货物区高温峰值削减，受冷空气波及范围扩大；

③由图5、图7及图9、11看到：货物区间隙为100mm及300mm时，其温度场分布相似，无论在分布及温度值上。而货物区间隙为200mm时，由图6及图10得到，温度场分布与间隙为100mm及300mm时的分布相差甚大，且此时货物区的温度分布较均匀，温差可以控制在0.2℃内；

④根据图4、图5及图8、图9得出：货物中间的间隙越大，货物温升越小，冷空气波及范围越大，但间隙大到某一定值后，冷空气波及范围并不大，间隙为200mm时的范围大于间隙为300mm时的波及范围。可推断，间隙100mm～300mm之间存在某一定值使得番茄受冷空气影响最大，同时考虑到增大间隙将导致货物区的装载量减少，货物装载的稳定性下降，因此，采用间隙200mm左右即可，若再增大间隙则货物温升减小程度不明显。

2.选取温度场中的A、B、C三点，做进一步分析。所取三点在货物区中的示意图如图12所示。三点在四种不同堆码方式下随时间变化的温度变化情况如图13、图14、图15所示。

图12 A、B、C点在货物区中的示意图（单位：mm）

图13 四种堆码方式下A点处的温度变化

图14 四种堆码方式下B点处的温度变化

图15 四种堆码方式下C点处的温度变化

①从图13～图15看出：A点、B点、C点三点间隙为0时货物区的温度变化值明显大于有间隙时，且间隙为200mm时的温度变化值最小，曲线比较平滑；

②由图13～图15明显得出：间隙为200mm时的货物堆码的温度场分布最均匀，随时间变化最小；而间隙若增大到300mm以后或减小到100mm以内，温度场分布效果都将变差，所以推测间隙在间隙100mm～300mm之间存在某一定值使得番茄受冷空气影响最大，温度场分布最均匀，效果最好。

三、小结

（一）当冷却番茄紧密堆码时，由于番茄的导热系数小，内部呼吸热不能及时带走，造成内部温度高，温度分布很不均匀；

（二）通过四种不同堆码方式模拟分析可得到，可以通过改变货物的堆码方式来改善货物的温度场；

（三）为了保证冷板冷藏车运输冷却货物的质量，同时考虑冷板冷藏车货物运载量的要求，建议带有呼吸热的货物堆码时中间留一定间隙装载。

[1]王延觉、周丽,陈焕新等.番茄在冷板冷藏车运输过程中的温度分布[J].制冷学报,2007（6）.

[2]Guceri S I,Farouk B.Natural Convection Fundamentals and Applications.Washington DC:Hemisphere,1985.615～654.

[3]欧阳仲志.铁路冷冻板冷藏车放冷时间的分析[J].制冷,1997(3).

Influence of Stack Method to Temperature Distribution in Hold-over Plate Refrigerated Vehicle during Transporting Period

ZHOU LiLIU Jia-niLIU Yang
(Wuhan Commercial Service Collegy,Wuhan,Hubei,430056,China)

During transit of the hold-over plate refrigerated vehicles,the temperature field of cargoes is one of the key factors affecting its transportation quality.Based on analysis of the goods in heat transfer during transporting period,we established a mathematical k-ε model of the complex conjugate heat transfer inside.Using umerical simulation method，we calculated the stacking of four different dynamic temperature field of goods means and pointed out that the stacking method of leaving some gap between the goods can effectively improve the quality of refrigerated cargo transport.

hold-over plate refrigerated vehicle;stack method;dynamic temperature field;numerical simulation

TB6

A

1009-2277（2011）02-0090-04

本文系湖南省科技计划项目（项目编号：05GK3051)的阶段性研究成果。

2011-01-18

周丽（1982-）,女，武汉商业服务学院机电工程系教师，硕士，主要从事冷藏运输研究。

责任编校：邓小妮