基于空載溫度場模擬與試驗的冷藏車冷板布置方式優選

謝如鶴，唐海洋，陶文博，劉廣海，劉康佳，吳俊章

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基于空載溫度場模擬與試驗的冷藏車冷板布置方式優選

謝如鶴，唐海洋，陶文博，劉廣海，劉康佳，吳俊章

（廣州大學物流與運輸研究所，廣州 510006）

該文通過計算流體力學（computational fluid dynamics，CFD）對常見的3種不同冷板布置方式（冷板頂置、冷板側置、冷板部分頂置部分側置）下的空載冷藏車廂內溫度場進行了10 h的非穩態數值模擬研究。結果表明：在10 h的非穩態模擬研究中，在車廂高度方向上由上往下，空氣溫度都呈現逐漸上升的趨勢；在車廂長度方向上，靠近車廂中心的區域空氣溫度更低。壁面附近空氣溫度較高，溫度梯度較大。其中，在冷板側置的方式下，廂內整體溫度較低，各測點溫度在-9.5～-7 ℃范圍內，且溫度均勻性較好；在冷板部分頂置部分側置的方式中，各測點溫度在起始階段溫差較大，在末段溫差有所縮小，最終各測點溫度為-9～-7.2 ℃，測點整體溫度與溫差稍好于冷板頂置的方式。同時，冷板側置的方式下，車廂的可用空間較小；冷板頂置的方式的可用容積較大，但是冷板布置于車廂頂部，充注共晶液后會導致車輛重心的上升，降低了冷藏車在運行時的穩定性；冷板部分頂置部分側置的方式可用空間及重心介于冷板側置的方式與冷板頂置的方式之間。綜上所述，考慮到冷板側置的冷板布置方式對貨物的影響，優先選用冷板部分頂置部分側置、冷板頂置的方式。綜合考慮冷板布置方式對貨物的影響，冷藏車廂內可用容積、冷藏車廂的重心高度等因素，研制了2種不同冷板布置方式的冷板冷藏車廂，對車內的溫度場進行空載試驗，結果表明冷板部分側置、部分頂置的方式較為合理。同時經過10 h的試驗，實測溫度與模擬仿真溫度的平均偏差為0.9 ℃，絕對誤差在2.5 ℃以內，說明計算模型可以用于冷藏車廂內溫度場的模擬。研究結果可為優化冷板冷藏車的冷板布置方式提供依據。

冷藏；數值模擬；溫度分布；冷板冷藏車；布置方式

0 引 言

冷板冷藏車利用蓄冷劑凝固后所儲存的相變潛熱來為冷藏車廂降溫，維持貨物儲運所需溫度。冷板可以在充冷站預先凍結后移至冷藏車廂中，也可以在冷藏車使用前直接將制冷機組與外接電源接通，對安裝在冷藏車廂內的冷板充冷。常用的蓄冷劑均為低融點的無機鹽混合溶液，與機械式冷藏運輸車廂比具有如下優點：運行可靠、車廂內溫度穩定、冷板結構簡單，易于制造、經濟性好、無噪聲污染。在越來越倡導可持續化發展的今天，針對冷板冷藏車的研究顯得十分必要[1]。

針對冷藏車的研究，在車內氣流組織方面，Moureh等[2]利用CFD軟件和雷諾應力湍流模型對冷藏車中氣流進行了數值模擬。Wang等[3]模擬了帶有側壁風道和底部導流槽的多溫區冷藏卡車車廂內流場，探究了回風口位置和風速對流場的影響。在熱工特性方面，劉廣海等[4]在熱平衡法的基礎上，建立了冷藏車熱狀況分析體系。謝如鶴等[5]通過因素分析，建立了鐵路冷藏車傳熱系數與隔熱層厚度的優化模型。李錦等[6]建立了冷藏車廂內溫度隨時間變化的降溫數學模型，并對影響因素進行了分析。在堆棧方式方面，趙春江等[7]模擬了不同邊界條件和貨物不同堆棧方式車廂內溫度場分布情況。張哲等[8]采用數值模擬方法，分析了不同堆碼方式對貨物區溫度場及流場的影響。在冷板冷藏車的研究方面，王延覺等[9]運用多孔介質理論建立番茄在冷板冷藏車內及貨物的數學模型模擬了2種不同堆碼方式的動態溫度場，并對其變化及分布的特點進行分析討論。張杰等[10]建立了冷板放冷的數學模型，采用顯熱容法對冷板放冷的過程進行了分析。王奕明等[11]介紹了冷板冷藏車運行熱負荷的計算方法,并對運輸冷凍和冷卻貨物時的熱負荷進行了實例計算。陳煥新等[12]采用數值模擬方法,計算了運輸過程中冷凍貨物的動態溫度場。蔡敏等[13]通過對運輸中貨物傳熱過程的分析，建立了車廂內復雜耦合傳熱的-數學模型；采用數值模擬的方法，計算了3種不同堆碼方式貨物動態溫度場。目前，無論是常規冷藏車還是冷板冷藏車，研究重點都集中在氣流組織、保溫材料、貨物堆碼方式等因素對溫度場的影響這一塊[14-21]，而沒能將冷板冷藏車相對常規冷藏車的優勢最大化，針對于冷板布置方式這一塊的研究還顯得很匱乏。

近年來，詹耀立等[22]應用有限元法，對冷板側置及在不同冷板凍結溫度和儲藏食品溫度下的車廂內溫度場進行了三維模擬計算研究，發現了車廂內溫度場分布和變化的規律及影響因素，并提出在車門附近的頂部增加兩塊頂置式冷板的建議，說明了單一的冷板布置方式并不能滿足對車廂內溫度場分布的要求，針對不同冷板的布置方式的研究具有一定的研究價值。之后，詹耀立等[23]又應用有限元法，對冷板側置、頂置及在不同冷板凍結溫度和儲藏食品溫度下的鐵路冷板車車內溫度場進行數值模擬，結果顯示冷板頂置時在相同條件下總比冷板側置時溫升高，因此，可以通過改變冷板布置方式來提升車內溫度場的均勻性和穩定性。然而，詹耀立等使用的是純模擬的方式，并沒有進行試驗驗證，而且研究方式單一，僅有冷板頂置與側置2種方式，另外，其研究對象是鐵路冷板冷藏車，它與冷板冷藏汽車內部結構不同。特別是二者頂部結構差異明顯：鐵路冷板冷藏車的頂部為圓弧棚頂結構，而冷板冷藏汽車為平頂結構。因此，需要針對冷板冷藏汽車進行研究，來填補這一方面資料的空白。在現用的冷板冷藏汽車中，常見的冷板布置方式有冷板頂置以及冷板側置2種方式，本文在2種方式的基礎上進行綜合考慮，以可用容積的大小作為依據，增加了將2塊冷板側置、8塊冷板頂置的第3種冷板布置方式，以期能夠更合理（仔細）的觀察到冷板布置方式的改變對溫度場所造成的影響，并利用CFD建立了冷板冷藏車廂的傳熱模型，通過數值模擬與試驗驗證的方法對這3種方式進行了比較，希望能為改善冷板的布局方式，優化冷板冷藏車的冷板布置方式提供依據。

1 模型的建立

1.1 物理模型

本文以自行研制的冷板冷藏車作為研究對象，該冷板冷藏車通過制冷機組對冷板內的蓄冷劑（氯化鈉15～16.5%，丙三醇12.5%，水余量）充冷，使蓄冷劑完全凝固后關閉制冷機組，再通過冷板與周圍空氣換熱制冷，它的基本資料如下：

1）車廂外尺寸為長×寬×高=6 240 mm× 2 370 mm× 2 440 mm，車廂壁厚均為120 mm，車廂內尺寸為長×寬×高=6 000 mm×2 130 mm×2 200 mm，內部容積28.12 m3；

2）雙開后門，開右側門一扇，后門和側門均使用耐低溫密封膠條進行密封，所有門均采用了不銹鋼板鎖，并采用不銹鋼鉸鏈鏈接車廂門與車壁。

3）單塊冷板外尺寸為長×寬×高=5 600×180×68 mm，板厚均為3 mm，采用鋁板制作。

圖1 冷板冷藏車實物圖

冷藏車箱裝配10塊冷板，在現用的冷板冷藏車中，常見的冷板布置方式有冷板頂置以及冷板側置2種方式，本文在綜合考慮這2種方式的基礎上，以可用容積的大小作為依據，增加了將2塊冷板側置、8塊冷板頂置的第3種冷板布置方式，以期能夠更全面的觀察到冷板布置方式的改變對溫度場所造成的影響：1）方式1，將10塊冷板2塊一組均勻放置于車廂的頂部；2）方式2，將頂置時外側的冷板取下，分別放置在車廂的兩側；3）方式3，分別在車廂兩側放置5塊冷板。

圖2 冷藏車結構圖

為了便于觀察冷藏車廂內各處的溫度隨時間的變化情況，沿車廂長度方向選定3個縱斷面，截點分別為=100 mm、=1 500 mm、=3 000 mm，沿車并在每個縱斷面上選出5個代表點作為數值模擬研究點，選出的5個代表點位置如圖3所示。

本文選取溫度不均勻系數作為車廂氣流組織的評價指標，分析各溫區在不同因素水平下的溫度場分布差異。不均勻系數越小說明冷藏車廂內氣流分布越均勻，均勻的氣流分布有利于避免出現氣流死角、局部溫度過高現象。不均勻系數計算方法較為統一，需要在車廂載貨區選取個檢測點，根據試驗結果測得各點的溫度值，計算其算術平均值。為了研究冷藏車溫度場的不均勻度對蔬菜保鮮的影響，引入絕對不均勻度，的大小代表在相同測點數量情況下，冷藏車溫度場的不均勻程度，其值越大溫度場的不均勻程度也越大，表示為：

式中t為第個測點的溫度，℃；t為個測點的平均溫度，℃。

為保障冷板冷藏車內氣流組織的均勻性，在車廂載貨區選擇3個斷面，每個斷面布置5個測點，其布點位置如圖2所示。共計15個檢測點，各檢測點坐標位置如圖3所示。

注：×為溫度測點。

冷藏車廂利用Gambit軟件進行建模，對于冷板采用六面體網格劃分，并對冷板局部進行網格加密，對于廂內流場采用非結構化網格劃分，以上3個模型的網格單元數量維持在25萬個左右，最大長寬比在3.5左右，網格質量良好，而且節約計算時間[24-26]。

1.2 數學模型

本文建模不考慮運輸過程中貨物水分蒸發等傳質因素的影響；車廂內空氣為低速不可壓縮流體；不考慮車廂內的熱輻射；不考慮溫度變化對空氣物性參數的影響。經計算瑞利數Ra=1.092×1012，屬于湍流，在此采用了Boussinesq假設[27-29]。

綜合考慮以上的各影響因素，在直角坐標系中，計算所需的連續性方程、動量方程、能量方程及-方程的通用形式如下：

對應于不同的通用變量，式（2）中各項參數及?模型中的系數詳見文獻[30-31]。

1.3 冷藏車邊界條件的設定

影響冷藏車運行時的熱負荷的因素有很多，具體可以分為以下幾類：車體傳熱的冷消耗、漏氣的冷消耗、太陽輻射的冷消耗、通風的冷消耗、貨物降溫的冷消耗、車體降溫的冷消耗、貨物呼吸的冷消耗[32]。由于研究空載情況，且無需對車廂進行通風，在模擬時只考慮車體傳熱的冷消耗、太陽輻射的冷消耗、漏氣的冷消耗、車體降溫的冷消耗。經計算冷藏車箱的面熱流密度=29.28 W/m3。

冷板中蓄冷劑的比熱容為4.74 kJ/(kg·K)，融解熱為175.3 kJ/kg，融點為?30 ℃。蓄冷劑在冷板冷藏車運行過程中不斷吸熱，由凝固狀態逐漸轉變為液態。車廂隔熱所采用的聚氨酯密度為45 kg/m3，導熱率為0.026 W/(m·K)，比熱容為1.8 kJ/(kg·K)。假定冷板初始溫度為?34 ℃，冷板冷藏車車廂外部環境溫度設置為35 ℃，冷藏車廂內空氣初溫及廂體初溫均為35 ℃。

本研究在模擬計算時采用標準-模型[33]，開啟凝固/融化模塊，采用非穩態的求解方法計算冷藏車廂的溫度變化情況，控制微分方程的離散均采用一階迎風格式，同時采用SIMPLE算法對計算域的速度和壓力進行耦合。時間步長設為1 s，總步數為36 000。

2 冷板冷藏車空載數值模擬仿真

2.1 仿真結果

本文所研究的冷藏汽車主要是用于城市之間的配送，所以運行時間一般不超過10 h，故本文對3種不同冷板布置形式下的冷藏車廂內溫度場模擬10 h。冷藏汽車空載時，主要是外界熱空氣通過與車廂外壁的對流換熱、保溫層內的熱傳導以及內部空氣的自然對流將熱量傳入[12-13]，從而影響車廂內的溫度分布。

圖4是3種冷板布置方式的冷藏車在車廂空載條件下，經過10 h后，不同位置截面的溫度分布云圖。

圖4a～圖4c為空載車廂長度方向（=0.1 m）距車門處0.1 m的溫度分布云圖，由結果顯示，方式1中，中間部分的溫度較均勻，從?8.5 ℃升至?8 ℃，但是在靠近壁面的區域空氣的溫度梯度較大，迅速由?8 ℃升至?6 ℃左右；方式2中，中間空氣的溫度均勻性也比較好，絕大部分空氣的溫度由上至下從?9 ℃升至?8.5 ℃，同時平均溫度要比方式1中低，靠近壁面附近溫度梯度略小；方式3中空氣在該截面中部及上部保持在?8.5 ℃左右，在截面下方及靠近壁面位置的空氣溫度較高，最高溫度為?7.5 ℃左右。這是由于縱斷面1的位置靠近車廂端部，距離冷板較遠，特別是下方兩側的角落，因此這部分區域的空氣溫度較高；此外，由于車廂壁面不斷與外界換熱，導致靠近廂壁的空氣溫度梯度變大，溫度均勻性都較差。

圖4d～圖4f為空載車廂長度方向（=1.5 m）距車門處1.5 m處的溫度分布云圖，方式1中，空氣溫度維持在?8.5～?8 ℃的范圍內，均勻性較好，但是同樣的在靠近車廂下面的區域空氣的溫度梯度較大；方式2中，該斷面內大部分區域的空氣溫度在?9～?8.5 ℃左右，由于車廂下面的區域空氣的溫度梯度較方式1要小一些，使得整體的均勻性要相比方式1較好，同時平均溫度要比方式1中低0.5 ℃左右；在方式3中可以看出，空氣溫度在?9.5～?8.5 ℃，雖然平均溫度要比其他方式要低，這是由于在車廂兩側都放置了冷板，能同時降低兩邊壁面進入車廂內的熱量，但是其均勻性要差些。3種方式中冷板附近區域的流場溫度均最低，較高的溫度分布在距離冷板較遠的地方，中部區域以及車廂底部。冷板以及壁面附近的溫度梯度較大，這是因為空氣受到冷板冷卻作用最強，冷板與周圍的熱空氣存在較大溫差，不斷進行換熱，且由于流速相對較大，換熱劇烈，因而形成較大的溫度梯度；壁面溫度梯度較大，是外界熱空氣通過與車廂外壁、保溫車的熱傳導以及內部空氣的自然對流造成的。

圖g～i為空載車廂長度方向（=3 m）中間截面處的溫度分布云圖，方式1中，截面中空氣溫度維持在?9.5～?8.5 ℃的范圍內；方式2中，大部分區域空氣溫度低于?9.5 ℃；方式3中，空氣溫度在?10.5～?9.5 ℃左右。3種方式在中間截面處的平均溫度要比前2個截面處要低一些，這說明車廂中間區域的空氣與冷板換熱效果要更好，保溫效果也更好一些。在冷板以及壁面也都存在這較大的溫度梯度。

縱斷面3（=3 m）作為車廂長度方向的中心斷面，相比于縱斷面1（=0.1 m）、縱斷面2（=1.5 m），縱斷面3中各方式截面的共晶液溫度基本一致，但截面中空氣溫度比縱斷面1和2都有所下降，這是因為由于受到空氣及冷板之間的自然對流換熱影響，空氣在密度差的驅動下產生擾動，而車廂中心位置的擾動較為強烈，所以該區域的空氣溫度更低。

注：T=t+273.15，T指開爾文溫度，t指攝氏溫度。

在3種冷板布置方式中，冷板側置時的車廂內的溫度場相對均勻一些，這是由于冷板冷藏車內的空氣靠自然對流進行換熱，引起流體這種運動的內在力量是溫度差。流體內部存在著溫度差，使得各部分流體的密度不同，溫度高的流體密度小，必然上升；溫度低的流體密度大，必然下降。當冷板全部頂置時，頂部的溫度最低，密度最大，使得低溫的頂部空氣會全部向下流動，而底部離冷板距離最遠，因此溫度最高。頂部空氣下沉的過程中，也會出現比較明顯的溫度分層情況。冷板部分頂置部分側置時，由于冷板也主要集中于頂部，因此車內溫度分布也具有從上到下的分層情況，不過由于在側面各放置了一塊冷板，因此相對頂置時，溫度分布相對好一些，但是側置冷板也接近頂部，所以不是很明顯。而冷板全部側置時，靠近兩側的溫度低，密度大，氣體主要是在靠著車廂壁的區域向下流動，向中部空氣換熱速度較慢，所以會出現類似于拋物線的溫度層界線。相對于上下分層的冷板頂置以及部分頂置部分側置的方式，在中部區域，冷板側置時車廂內的溫度分布均勻性較好。

盡管3種冷板布置方式下的冷板數量是一定的，但是在不同的冷板布置方式下，冷藏車廂內的可用空間是不同的，所能裝載的貨物量也將受到影響。根據國家行業標準《易腐食品冷藏鏈操作規范禽肉類》[34]中的規定，貨物裝載時，貨物與廂壁應留有縫隙，貨物與后門之間宜保留至少10 cm距離，天花板和貨物之間宜留出至少25 cm距離，使用固定裝置防止貨物移動。本次研究的對象為冷板冷藏車，貨物距放置于側壁頂部的冷板的距離都設定為25 cm。

按上述條件計算出冷板頂置時的可用容積為18.37 m3，冷板部分頂置部分側置時的可用容積為18.21 m3，冷板側置時的可用容積為17.43 m3。

表1 各冷板布置方式的參數

2.2 試驗驗證

為了驗證模擬結果的準確性，試驗以本單位自行研制的冷板冷藏車作為測試對象。由于考慮到方式3的冷板布置方式對貨物安全的影響以及可用容積的大小，優先選用方式1、2的冷板布置形式。

對2種方式的空載冷板冷藏車內的溫度場模擬10 h后的結果進行了試驗驗證，模擬和實測溫度的平均誤差為0.9 ℃，絕對誤差在2.5 ℃以內，這是由于本文中數值模擬的是非穩態情況下冷板冷藏車廂內溫度分布情況，冷藏車在運行過程中外界熱環境包括空氣溫度、太陽輻射、風速等影響參數是不斷變化的，而在模擬過程中未考慮廂外環境的變化。模擬值與實測值偏差不大，說明所建立的模型可以用于模擬冷板冷藏車廂體內的溫度場。

圖5 試驗驗證

3 2種冷板冷藏車的試驗對比

試驗儀器和材料包括：德國德圖Testo926T型熱電偶，測溫范圍為?180～350 ℃；安捷倫34972A溫度采集器（美國安捷倫科技有限公司）；德國德圖Testo174溫度記錄儀，測溫范圍為?30.0～70.0 ℃，分辨率為±0.1 ℃，最大儲存3900個數據。測點布置方式如圖3所示。通過制冷機組對冷板內的蓄冷劑充冷，使蓄冷劑完全凝固后關閉制冷機組，通過溫度記錄儀與熱電偶記錄車廂內的空間溫度與車廂內壁溫度，并對該種冷板布置方式下的車廂溫度場的溫度以及溫度均勻性進行評估；改變部分冷板布置位置后按照以上的試驗內容重新試驗，將2種工況下的溫度不均勻度進行對比。

3.1 方式1（冷板頂置）試驗結果

方式1外環境在10 h內的平均溫度為34.6 ℃，溫度在35 ℃以上的時間約為3 h。

圖6a，制冷機組在8：00時關閉，此時蓄冷劑溫度為?31.7 ℃，已全部凝固，此時斷面1的中心溫度為?12.2 ℃，斷面2的中心溫度為?12.7 ℃，斷面3的中心溫度為?13.8 ℃。隨著時間推移，廂內空氣溫度繼續下降，至9:00時廂內溫度達到最低值，然后不斷上升。至18:00時，斷面1的平均溫度為?8.5 ℃，斷面2的平均溫度為?8.8 ℃，斷面3的平均溫度為?9.3 ℃。

由圖6b可知，斷面1在開始階段溫度均勻度較好，并保持平穩不變，10:30之后勻速上升；斷面2、3的溫度不均勻度在制冷機組關機初始階段有略微上升，然后均勻下降，12:00之后逐漸上升；測試結束時，斷面2、3較斷面1具有更好的溫度均勻性，這是由于斷面1更為靠近冷藏車廂后門，此處的溫升較大。

3.2 方式2（冷板部分頂置部分側置）試驗結果

圖7a中，制冷機組在8:00時關閉，此時蓄冷劑溫度為?31.8 ℃，蓄冷劑已全部凝固，此時斷面1的平均溫度為?13.2 ℃，斷面2的平均溫度為?14.3 ℃，斷面3的平均溫度為?14.7 ℃。停機后廂內空氣溫度開始穩定上升。至18:00時，斷面1的中心為?10.2 ℃，斷面2的中心溫度為?11 ℃，斷面3的中心溫度為?11.4 ℃。

由圖7b可知，開始階段（8:00～10:00之間）各斷面的溫度不均勻度大小為斷面1<斷面2<斷面3，在12:00之后溫度不均勻度大小為斷面3<斷面2<斷面1；測試結束時斷面1與斷面3的不均勻度相差0.6左右。

圖6 冷板頂置試驗結果

圖7 冷板部分頂置部分側置試驗結果

方式1與方式2中各斷面的溫度不均勻度的變化趨勢是一致的：斷面1在開始階段較為平穩，10:00之后勻速上升；斷面2、3在12:00之前先下降，之后逐漸上升。方式1在斷面1上各點的溫度不均勻度大小與方式2基本相同，方式1在斷面2、3上各點的溫度不均勻度比方式2稍大，因此方式2的冷板位置放置方式溫度均勻性更好。

3.3 2種方式冷板溫度變化曲線

由圖8可知，制冷機組停機時，冷板溫度基本接近；在8:00～11:00這段時間內，2種布置方式的冷板溫度變化曲線比較一致，且在9:00～11:00中冷板的溫度變化較為平緩，這是由于蓄冷劑在這個時間段內處于融化階段，溫度維持恒定；12:00之后方式1的冷板溫度上升速度較方式2更快，測試結束時方式1冷板溫度比方式2溫度高1.5 ℃左右。這樣會使得在充冷過程中，冷板頂置的方式將耗費更多的電量以及更多的時間，在節能與效率方面也不如部分頂置部分側置的方式。

圖8 2種方式冷板溫度變化曲線

4 結 論

1）對2種方式的空載冷板冷藏車內的溫度場模擬10 h后的結果進行了試驗驗證，模擬和實測溫度的平均誤差為0.9 ℃，絕對誤差在2.5 ℃以內，模擬值與實測值偏差不大，說明所建立的模型可以用于模擬冷板冷藏車廂體內的溫度場。

2）冷板部分頂置部分側置的冷板布置方式更利于車廂內溫度場的溫度均勻分布，保溫時間也更長，而且車輛重心要較全部頂置時更低，故冷板布置應優先選擇部分側置部分頂置的方式。

3）測試結束時冷板頂置的冷板溫度要比部分頂置部分側置時溫度高1.5 ℃左右。這樣會使得在充冷過程中，冷板頂置的方式將耗費更多的電量以及更多的時間，在節能與效率方面也不如部分頂置部分側置的方式。

4）對于冷板冷藏車而言，僅靠溫差產生的自然對流難以形成均勻的溫度場及流場，建議采用合理的送風形式，增強空氣對流，從而達到提高冷板冷藏車冷藏效率的目的。

5）本文中數值模擬的是非穩態情況下冷板冷藏車廂內溫度分布情況，冷藏車在運行過程中外界熱環境包括空氣溫度、太陽輻射、風速等影響參數是不斷變化的，因此為得到更為精確的數值模擬結果，應當綜合考慮上述因素的影響。此外，冷藏車自身的漏氣、漏熱等因素一定程度影響了空氣與冷板的換熱，還需進行載貨試驗進一步驗證冷板冷藏車廂的蓄冷性能。

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Optimization of cold-plate location in refrigerated vehicles based on simulation and test of no-load temperature field

Xie Ruhe,Tang Haiyang, Tao Wenbo, Liu Guanghai, Liu Kangjia, Wu Junzhang

(,,510006,)

In this paper, we studied the uniformity of temperature field distribution of different cold plate arrangement, and learned the influence of the arrangement of cold plate on the distribution uniformity of temperature field in the carriage, so as to provide basis for further research. In this paper, the unsteady numerical simulation of the temperature field in the no-load refrigerated compartment with three different cold plate arrangements ( cold plate set by top, by side,and partially by top partially by side) was carried for 10h by computing CFD (computational fluid dynamics ).It was found that the air temperature showed a rising trend from top to bottom in the height direction of the carriage. In the direction of the length of the car, the regional air temperature near the center of the car was lower. The air temperature near the wall was higher, and the temperature gradient was larger. When the cold plates were set on side, the whole compartment temperature was low after 10 hours, and the temperature of each measuring point was in the range of -9.5－-7 ℃. The temperature uniformity was good.When the cold plates were partially set by top and partially set on side, the temperatures of different measuring points were vastly different at the beginning, and the temperature difference was reduced at the end, with the final temperature of each measuring point in the range of -9－7.2 ℃. In this situation, the overall temperature and the temperature differences were slightly better than that with cold plate completely set on top. At the same time, when the cold plates were set on side, the available space of the compartment was small, and there was the risk that there might be collisions between the goods and the cold plate in the operation of the refrigerated vehicle, which might be a threat to the safe transportation of the goods. The available area of the cold plate was larger, but because the cold plates were arranged on the top of the vehicle, the Eutectic liquid will lead to the increase of the center of gravity of the vehicle, and the stability of the refrigerated vehicle in operation could be reduced. The available space and the height of the center of gravity of the compartment with cold plates partially set on top and partially set on side were between the two arrangements above. In view of the above, considering the effect of the arrangement of the cold plates on the goods, the cold plates partially set on top and partially set on side were selected as a priority. Considering the influence of the arrangement of the cold plate on the cargo, the available volume in refrigerated vehicles and the height of center of gravity of refrigerated vehicles, two kinds of cold plate refrigerated vehicles with different cold plates arrangements were prepared. At the same time, after 10 h, the deviation between the measured temperature and the simulated temperature was about 2.5 ℃, which showed that the calculation model can be used to simulate the temperature field in refrigerated compartment. The results provide a basis for improving the arrangement of the cold plate and optimizing the arrangement of the cold plate of the cold plate refrigerated vehicle.

cold storage; numerical simulation; temperature distribution; cold plate; arrangement form

10.11975/j.issn.1002-6819.2017.24.038

U272.5

A

1002-6819(2017)-24-0290-09

2017-06-03

2017-12-11

廣東省科技計劃項目（No.2016B020205004，No.2017B090907028，No.611138153066）；國家科技支撐計劃農業領域項目（新型冷藏及保鮮運輸技術與裝備/2013BAD19B01-1）

謝如鶴，教授，博士，博士生導師，主要從事冷鏈物流方面研究。Email：583385752@qq.com

謝如鶴，唐海洋，陶文博，劉廣海，劉康佳，吳俊章.基于空載溫度場模擬與試驗的冷藏車冷板布置方式優選[J]. 農業工程學報，2017，33(24)：290－298. doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2017.24.038 http://www.tcsae.org

Xie Ruhe, Tang Haiyang, Tao Wenbo, Liu Guanghai, Liu Kangjia, Wu Junzhang. Optimization of cold-plate location in refrigerated vehicles based on simulation and test of no-load temperature field[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2017, 33(24): 290－298. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2017.24.038 http://www.tcsae.org