貨物參數(shù)對(duì)冷藏運(yùn)輸箱溫度場(chǎng)影響的數(shù)值模擬分析

甄文斌，張霄丹，林濟(jì)誠，蔡威，梁建華，郭嘉明

貨物參數(shù)對(duì)冷藏運(yùn)輸箱溫度場(chǎng)影響的數(shù)值模擬分析

甄文斌，張霄丹，林濟(jì)誠，蔡威，梁建華，郭嘉明

（1.華南農(nóng)業(yè)大學(xué) a.工程學(xué)院 b.南方農(nóng)業(yè)機(jī)械與裝備關(guān)鍵技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣州 510642； 2.嶺南現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科學(xué)與技術(shù)廣東省實(shí)驗(yàn)室茂名分中心，廣東 茂名 525000）

獲取冷藏運(yùn)輸箱在保鮮運(yùn)輸過程中風(fēng)速結(jié)合貨物參數(shù)對(duì)運(yùn)輸箱內(nèi)溫度變化影響的一般規(guī)律。以裝載荔枝的冷藏運(yùn)輸箱為研究對(duì)象，采用計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)（Computational Fluid Dynamics）方法建立裝載荔枝的考慮荔枝呼吸熱和箱體熱輻射的冷藏運(yùn)輸箱數(shù)值模型，獲得箱內(nèi)溫度分布和變化情況。隨著箱內(nèi)進(jìn)風(fēng)口風(fēng)速的增大，荔枝的降溫幅度較大，溫度變化最顯著的位置在每筐堆疊間隙處。當(dāng)風(fēng)機(jī)風(fēng)速大于8 m/s時(shí)，箱內(nèi)降溫速率變化不顯著。在荔枝預(yù)冷溫度低于10 ℃時(shí)，可以提高箱內(nèi)溫度均勻性。在運(yùn)輸2 h內(nèi)，載質(zhì)量越大，運(yùn)輸箱內(nèi)荔枝的平均溫度降幅低于1 ℃，但溫度均勻性變好。在保鮮運(yùn)輸過程中，風(fēng)速對(duì)運(yùn)輸箱內(nèi)溫度變化有著較大影響，增加貨物堆疊時(shí)的間隙有利于提高傳熱效率。提前預(yù)冷貨物，箱內(nèi)溫度的均勻性變好，增加載質(zhì)量會(huì)增大箱內(nèi)的熱負(fù)荷，但是對(duì)箱內(nèi)整體溫度變化的影響較小。

荔枝；CFD；溫度分布均勻性；降溫速率

隨著人們生活水平的提高，對(duì)食品品質(zhì)的要求越來越高，而冷鏈運(yùn)輸是保證食品新鮮度的重要環(huán)節(jié)，冷藏車運(yùn)輸是冷鏈中常見的運(yùn)輸方式[1-2]。冷藏車的蓄冷運(yùn)輸技術(shù)利用夜間“低谷”電力運(yùn)行制冷機(jī)組，將產(chǎn)生的冷量?jī)?chǔ)存在相變材料中，在用電負(fù)荷高峰時(shí)期釋放冷量，具有綠色環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，已在食品、醫(yī)療、化工等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用[3-4]。

冷藏車的溫度均勻性主要取決于內(nèi)部空氣循環(huán)，合理的風(fēng)速可以節(jié)約能耗，減少凍害損失，提高運(yùn)輸品質(zhì)。研究表明[5-6]，通風(fēng)方式和貨物堆碼方式是影響冷藏箱內(nèi)溫度場(chǎng)均勻性的重要因素，風(fēng)速過高或過低都會(huì)影響箱內(nèi)溫度分布的均勻性和保鮮效果。針對(duì)通風(fēng)參數(shù)結(jié)合貨物參數(shù)對(duì)溫度分布均勻性和降溫速率的影響的研究較少，有必要開展不同風(fēng)速結(jié)合不同貨物載質(zhì)量和不同預(yù)冷溫度對(duì)冷藏運(yùn)輸箱在短途運(yùn)輸過程中溫度變化的影響，有利于降低能耗、提高保鮮效果。

通過實(shí)驗(yàn)，研究運(yùn)輸過程中箱內(nèi)局部位置各參數(shù)的變化，但是傳感器很難準(zhǔn)確地顯示整個(gè)箱體的各參數(shù)值，而且箱體內(nèi)裝載貨物時(shí)流場(chǎng)變化復(fù)雜，調(diào)節(jié)多參數(shù)需要花費(fèi)大量的成本和人力。計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)（Computational Fluid Dynamics，CFD）可以較準(zhǔn)確地計(jì)算冷鏈設(shè)備內(nèi)部空氣流動(dòng)類型、壓力損失、傳熱現(xiàn)象、傳質(zhì)現(xiàn)象[7-8]，具有強(qiáng)大的可視化功能和數(shù)值模擬精確性[9-11]，可以更加全面地分析溫度場(chǎng)分布情況，從而獲取一定條件下貨物冷卻降溫的效果，加快研究進(jìn)度，節(jié)約成本，因此數(shù)值模擬被廣泛應(yīng)用于冷鏈設(shè)備不同參數(shù)的精準(zhǔn)調(diào)控和預(yù)測(cè)研究[12]。李斌[13]建立了裝載臍橙的冷藏車箱體的數(shù)值模型，分析了不同風(fēng)機(jī)位置和風(fēng)速對(duì)保鮮區(qū)內(nèi)溫度均勻性和冷卻效率的影響，但未考慮進(jìn)風(fēng)口溫度、貨物預(yù)冷溫度、貨物容重對(duì)保鮮區(qū)溫度均勻性和冷卻效率的影響。

文中采用理論與數(shù)值模擬相結(jié)合的研究方法，針對(duì)華南農(nóng)業(yè)大學(xué)研制的冷藏運(yùn)輸箱，建立裝載荔枝的箱體三維數(shù)值模型，模擬運(yùn)輸過程中不同因素對(duì)箱內(nèi)溫度分布均勻性和降溫速率的影響，展示不同環(huán)境因素下冷藏運(yùn)輸箱全局范圍內(nèi)溫度分布及平均溫度變化規(guī)律，為荔枝保鮮運(yùn)輸過程中裝備的參數(shù)優(yōu)化提供參考。

1 冷藏運(yùn)輸箱箱結(jié)構(gòu)模型

1.1 冷藏運(yùn)輸箱整體結(jié)構(gòu)

由華南農(nóng)業(yè)大學(xué)工程學(xué)院研制的冷藏運(yùn)輸箱的結(jié)構(gòu)和貨物堆放方法如圖1—2所示。箱體的外尺寸為2 m× 1.8 m×1.8 m，風(fēng)機(jī)（12 W）尺寸為0.1 m×0.1 m。冷藏運(yùn)輸箱由保鮮區(qū)、蓄冷區(qū)和內(nèi)循環(huán)管道等部分組成。在啟動(dòng)風(fēng)機(jī)后，空氣在經(jīng)過蓄冷區(qū)時(shí)冷卻下來，并交換大量熱量，冷空氣被風(fēng)機(jī)吸收到保鮮區(qū)，與貨物交換熱量，從而降低貨物溫度。

圖1 冷藏運(yùn)輸箱外觀

箱體的內(nèi)尺寸（長(zhǎng)、寬、高）分別為 1.9、1.17、1.49 m，將滿載貨物的運(yùn)輸筐簡(jiǎn)化為長(zhǎng)、寬、高為 0.6、0.425、0.35 m的長(zhǎng)方體，共28筐，堆碼方式如圖2所示。箱體隔熱層中間以厚度為23 mm的真空絕熱板（Vacuum insulation panel，VIP）為核心保溫層，在兩側(cè)粘貼厚度為25 mm的高密度硬質(zhì)聚氨酯（Polyurethane，PU），內(nèi)外蒙皮采用厚度為2 mm的玻璃纖維增強(qiáng)復(fù)合塑料（Glass fiber reinforced plastics，GFRP），結(jié)構(gòu)如圖2所示。材料的物理參數(shù)如表1所示。冷藏運(yùn)輸箱冷量的主要來源為蓄冷材料的相變潛熱，蓄冷材料在相變過程中的溫度波動(dòng)較小，因此在短途運(yùn)輸過程中蓄冷區(qū)出口溫度的變化不明顯。此次研究將箱內(nèi)保鮮區(qū)的進(jìn)口溫度固定為2 ℃。

圖2 冷藏運(yùn)輸箱結(jié)構(gòu)

表1 材料的熱物理性質(zhì)

Tab.1 Thermal properties of materials

1.2 誤差計(jì)算

為了探明冷藏運(yùn)輸箱內(nèi)溫度場(chǎng)分布均勻性、降溫速率，選取水平參數(shù)送風(fēng)口速度、荔枝預(yù)冷溫度、貨物容重3個(gè)因素對(duì)冷藏運(yùn)輸箱溫度場(chǎng)進(jìn)行分析。采用標(biāo)準(zhǔn)差作為評(píng)價(jià)溫度場(chǎng)均勻性的指標(biāo)，見式（1）[16]。

平均相對(duì)誤差的計(jì)算見式（2）[16]。

2 冷藏運(yùn)輸箱數(shù)值模型

2.1 模型建立及網(wǎng)格劃分

采用SolidWorks三維制圖軟件繪制冷藏運(yùn)輸箱裝載貨物時(shí)的簡(jiǎn)化模型三維結(jié)構(gòu)。隨后將模型導(dǎo)入ICEM中進(jìn)行網(wǎng)格劃分。網(wǎng)格劃分采用非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格，結(jié)果如圖3所示。

計(jì)算結(jié)果和計(jì)算時(shí)間受到網(wǎng)格大小和數(shù)量的影響，粗網(wǎng)格可降低計(jì)算成本，細(xì)網(wǎng)格可提高計(jì)算精度，因此應(yīng)研究模型合適的網(wǎng)格尺寸，并在相同溫度和邊界下進(jìn)行網(wǎng)格無關(guān)解計(jì)算。對(duì)6套網(wǎng)格進(jìn)行網(wǎng)格無關(guān)性驗(yàn)證，網(wǎng)格數(shù)分別為1.7×105、4.4×105、7.4×105、1.2×106、1.76×106、3.1×106。網(wǎng)格經(jīng)不斷加密后，在箱內(nèi)取點(diǎn)監(jiān)測(cè)溫度變化，如圖3所示，在網(wǎng)格數(shù)量超過1.2×106后，監(jiān)測(cè)點(diǎn)溫度基本不變，說明網(wǎng)格數(shù)量為1.2×106可滿足精度要求。

圖3 網(wǎng)格無關(guān)解分析結(jié)果

2.2 數(shù)值模型

為了建立反映冷藏運(yùn)輸箱內(nèi)流場(chǎng)的基本控制方程和相應(yīng)的定解條件，對(duì)其做如下假設(shè)。

1）運(yùn)輸箱密閉性良好，內(nèi)部空氣為不可壓縮牛頓流體。

2）箱內(nèi)空氣符合boussinesq假設(shè)。

3）將荔枝簡(jiǎn)化為多孔介質(zhì)[17]。

4）為了方便研究，將荔枝的呼吸熱作為源項(xiàng)，由式（3）求得[18]。

5）不同預(yù)冷溫度下荔枝的呼吸熱根據(jù)式（3）求得，在進(jìn)行其他因素仿真時(shí)，將荔枝的初始溫度設(shè)置為20 ℃。

6）將荔枝的不同容重設(shè)置為不同的孔隙率，在進(jìn)行其他因素仿真時(shí)，每筐荔枝的載質(zhì)量為25 kg，孔隙率為0.697 5。

CFD中的控制方程見式（4）—（13）。

1）連續(xù)性方程：

2）動(dòng)量方程：

式中：1/為黏性阻力系數(shù)；2為慣性阻力系數(shù)。文中通過壓差法[16]測(cè)得其黏性阻力系數(shù)為4.00 7×107，慣性阻力系數(shù)為1.31×104。

3）能量方程：

式中：f為流體相導(dǎo)熱系數(shù)（含湍流度），W/(m·K)；s為固體介質(zhì)導(dǎo)熱系數(shù)，W/(m·K)。

運(yùn)輸箱內(nèi)的溫度分布與保溫材料的保溫性能有關(guān)，保溫材料包括真空保溫板和聚氨酯。運(yùn)輸箱的熱阻由式（9）可得。

式中：w為運(yùn)輸箱的總熱阻，m2·℃/W；λ為每層傳熱材料的導(dǎo)熱系數(shù)，W/(m·℃)；x為每層材料的厚度，m；1為箱體內(nèi)表面的傳熱系數(shù)，W/(m2·K)；2為箱體外表面的傳熱系數(shù)，W/(m2·K)。

箱體內(nèi)外表面的傳熱系數(shù)由式（10）—（11）可得。

式中：α為箱體表面與空氣的對(duì)流傳熱系數(shù)，W/(m2·K)；v為箱體內(nèi)外部的氣流速度，m/s；K為箱體每個(gè)面的傳熱系數(shù)，W/(m2·K)，箱體總傳熱系數(shù)由式（12）可得。

式中：A為箱體的總傳熱面積；A1、A2分別為箱體內(nèi)外的幾何傳熱面積。

2.3 邊界條件及求解器設(shè)定

1）進(jìn)口邊界。將進(jìn)風(fēng)口設(shè)置為Velocity Inlet（速度入口）。在實(shí)際過程中，進(jìn)風(fēng)口溫度在設(shè)定范圍內(nèi)變化，為了簡(jiǎn)化計(jì)算將該溫度設(shè)置為定值。在恒定進(jìn)風(fēng)口溫度為 2 ℃時(shí)，進(jìn)風(fēng)口風(fēng)速分別為2、5、8、12 m/s，輸入湍流強(qiáng)度和水力直徑H。湍流強(qiáng)度的計(jì)算見式（14）—（15）。

2）出口邊界。將出風(fēng)口設(shè)置為Pressure Outlet（壓力出口），其中，設(shè)置出風(fēng)口的湍流強(qiáng)度和水力直徑與入口一致。

3）壁面條件?？紤]到外部輻射，同時(shí)設(shè)定對(duì)流，將壁面設(shè)置為混合，總傳熱系數(shù)為0.137 34 W/(m2·K)[11]，將外部輻射溫度設(shè)置為外界環(huán)境溫度（32 ℃）。

將網(wǎng)格文件導(dǎo)入Fluent軟件后，先采用穩(wěn)態(tài)求解器進(jìn)行求解，待流場(chǎng)穩(wěn)定（即穩(wěn)態(tài)收斂）后，殘差收斂標(biāo)準(zhǔn)為10?3。以穩(wěn)態(tài)收斂值為瞬態(tài)求解的初始值，初始化環(huán)境溫度為27 ℃。荔枝的初始溫度為一個(gè)水平變量，分別設(shè)置為5、10、15、20、25、30 ℃。在壓力?速度耦合中使用SIMPLE算法，在梯度計(jì)算中使用最小二乘法，壓力、動(dòng)量和能量用二階離散格式求解，湍流動(dòng)能和湍流能量耗散率用一階離散格式求解，時(shí)間步長(zhǎng)為2 s，時(shí)間步數(shù)為3 600，最大迭代數(shù)為20。

3 試驗(yàn)驗(yàn)證

為了驗(yàn)證數(shù)值模型的準(zhǔn)確性，在冷藏運(yùn)輸箱上開展試驗(yàn)驗(yàn)證。溫度檢測(cè)系統(tǒng)主要由溫濕度一體傳感器（testo 174H傳感器，精度為±0.5 ℃，量程為?20～70 ℃），每隔1 min記錄各測(cè)溫點(diǎn)的溫度數(shù)據(jù)。傳感器布置如圖4所示，筐內(nèi)使用6個(gè)溫濕度一體傳感器，筐外使用2個(gè)溫濕度一體傳感器。試驗(yàn)于2021年7月2日開展，運(yùn)輸路線從廣州市從化華隆果菜有限公司至華南農(nóng)業(yè)大學(xué)，試驗(yàn)材料為“懷枝”荔枝，初始溫度為（23±1）℃。按照如圖5所示堆碼方式進(jìn)行放置，冷風(fēng)入口風(fēng)速為（5±0.5）m/s，關(guān)閉箱門，開始運(yùn)輸。

圖4 傳感器位置示意圖

在試驗(yàn)結(jié)束后，將箱內(nèi)空氣和荔枝溫度變化結(jié)果與數(shù)值模擬結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，如圖5所示。從圖5可以看出，冷藏運(yùn)輸箱溫度變化情況與仿真結(jié)果趨于一致，貨物平均溫度的最大絕對(duì)誤差為0.6 ℃，平均相對(duì)誤差為2.52%；環(huán)境平均溫度的最大絕對(duì)誤差為1.6 ℃，平均相對(duì)誤差為2.01%。說明該數(shù)值模型具有較高的準(zhǔn)確性。

4 冷藏運(yùn)輸箱模型應(yīng)用與分析

4.1 風(fēng)速對(duì)冷藏運(yùn)輸箱溫度變化與分布的影響

氣流速度是影響果蔬保鮮的重要因素之一[19]。以進(jìn)風(fēng)口風(fēng)速 5 m/s為例，箱內(nèi)氣流速度分布和壓力分布如圖6所示，在垂直進(jìn)風(fēng)口附近及出風(fēng)口處的氣流速度和壓力較大，這是由風(fēng)機(jī)直吹引起的。風(fēng)機(jī)出風(fēng)口的氣流沖到箱體底板，并擴(kuò)散到箱體底部其他區(qū)域，導(dǎo)致箱體底部的流速增大。在貨物堆疊區(qū)域，空氣流速明顯降低[20-21]。均勻的氣流分布可以有效提高運(yùn)輸箱內(nèi)的熱交換效率，減少因局部氣流流速大而造成的貨物質(zhì)量衰減。

選取4個(gè)速度等級(jí)，研究速度對(duì)降溫速率和溫度分布的影響，如圖7所示。隨著風(fēng)速的增大，高溫區(qū)域逐漸減小，低溫區(qū)域逐漸增大。由表2可知，在保鮮運(yùn)輸2 h內(nèi)，隨著進(jìn)風(fēng)口風(fēng)速的增大，箱內(nèi)荔枝的降溫幅度為3.75%、10.35%、14.9%、17.55%。說明進(jìn)風(fēng)口的風(fēng)速越高，進(jìn)入箱內(nèi)的冷空氣越多，荔枝的熱交換速率越快。由于標(biāo)準(zhǔn)差隨著風(fēng)速的增大而增大，箱內(nèi)溫度均勻性變差，且制冷風(fēng)速過高易導(dǎo)致荔枝失水、褐變加速[15]，所以選取合適的風(fēng)速參數(shù)很重要。

圖5 仿真值與試驗(yàn)值的平均溫度變化

圖6 箱內(nèi)速度與壓力分布

圖7 不同進(jìn)風(fēng)口風(fēng)速條件下箱內(nèi)橫截面溫度分布

表2 不同進(jìn)風(fēng)口風(fēng)速條件下荔枝溫度分析結(jié)果

Tab.2 Analysis results of litchi temperature under different air speed conditions at air inlet

在不同進(jìn)風(fēng)口風(fēng)速條件下，箱體內(nèi)部的降溫速率如圖8所示。結(jié)果表明，降溫速率隨著進(jìn)風(fēng)口風(fēng)速的增大而增大。在風(fēng)機(jī)運(yùn)行12 min后，空氣溫度基本恒定。在運(yùn)輸2 h后，風(fēng)速為2、5、8、12 m/s時(shí)，箱體內(nèi)荔枝的降溫速率分別為0.375、1.035、1.49、1.755 ℃/h，說明荔枝的傳熱效率隨著進(jìn)風(fēng)口風(fēng)速的增大而增大。在進(jìn)風(fēng)口風(fēng)速大于8 m/s時(shí)，荔枝的降溫速率較接近，增幅不大于0.265 ℃/h，說明在風(fēng)速達(dá)到臨界點(diǎn)時(shí)，風(fēng)速對(duì)降溫速率的影響較小。由于風(fēng)機(jī)的能耗與頻率呈3次方關(guān)系[22]，增大風(fēng)速會(huì)顯著提高系統(tǒng)的能耗，因此在實(shí)際保鮮運(yùn)輸過程中，宜選擇8 m/s作為較佳的進(jìn)風(fēng)口風(fēng)速，以達(dá)到提高降溫速率、降低能耗的目的。

4.2 貨物預(yù)冷溫度對(duì)冷藏運(yùn)輸箱溫度變化和分布的影響

采后預(yù)冷是冷鏈運(yùn)輸果蔬的重要環(huán)節(jié)，將果蔬提前預(yù)冷到某一溫度，有利于降低冷鏈運(yùn)輸過程中果蔬的運(yùn)輸成本，減少損耗，解決降溫效率低下等問題[23-24]。荔枝在不同預(yù)冷溫度下保鮮2 h的箱內(nèi)溫度分布云圖如圖9所示，荔枝采后預(yù)冷溫度為運(yùn)輸時(shí)的初始溫度。由表3可知，隨著荔枝初始溫度的升高，降溫幅度逐漸提高，分別為0.5%、6.73%、10.35%、12.76%、13.97%，標(biāo)準(zhǔn)差逐漸增大，荔枝溫度均勻性變差。當(dāng)荔枝的初始溫度為5 ℃時(shí)，在2 h后荔枝的平均溫度升高了0.05 ℃。這可能是因進(jìn)口溫度與荔枝的溫差較小，導(dǎo)致傳熱效率降低。當(dāng)荔枝的初始溫度高于10 ℃時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)差逐漸增大，溫度均勻性變差。

圖8 不同進(jìn)風(fēng)口風(fēng)速條件下箱內(nèi)的降溫速率

圖9 荔枝不同初始溫度條件下箱內(nèi)橫截面溫度分布

荔枝在不同初始溫度條件下箱內(nèi)的平均溫度變化情況如圖10所示。荔枝的降溫速率分別為0.505、1.035、1.595、2.095 ℃/h，說明溫差越大，傳熱效率越高，降溫越快。荔枝的預(yù)冷溫度越低，箱內(nèi)空氣溫度更快接近目標(biāo)溫度，可以提高保鮮效果。

4.3 不同載質(zhì)量對(duì)冷藏運(yùn)輸箱溫度變化和分布的影響

不同的貨物載質(zhì)量對(duì)保鮮運(yùn)輸過程中的溫度變化也有很大影響[25]。在統(tǒng)一堆碼方式下，4種不同載質(zhì)量的模型如圖11所示，可以發(fā)現(xiàn)，相較于進(jìn)風(fēng)口風(fēng)速對(duì)溫度變化的影響，載質(zhì)量對(duì)箱內(nèi)溫度云圖的分布變化的影響較小，高溫面積占比基本相同，溫度分布較均勻。如表4所示，隨著荔枝載質(zhì)量的增大，平均降溫速率分別為1.490、1.285、1.145、1.035 ℃/h，貨物降溫速率減小，這是因箱內(nèi)溫度下降需要的冷量增大。

如圖12所示，箱內(nèi)空氣溫度在12 min后降至12.9 ℃，溫差為±0.5 ℃，隨后以1.5 ℃/h降溫至（10±0.37）℃。在不同載質(zhì)量下，荔枝與空氣的平均溫度差值均在1 ℃內(nèi)，說明在不同載質(zhì)量下荔枝呼吸產(chǎn)熱對(duì)空氣溫度變化的影響不大。

表3 荔枝不同初始溫度分析結(jié)果

Tab.3 Analysis results of litchi at different initial temperature

圖10 不同初始溫度條件下的箱內(nèi)降溫速率

圖11 不同載質(zhì)量下箱內(nèi)橫截面溫度分布

表4 不同載質(zhì)量下溫度分析結(jié)果

Tab.4 Analysis results of temperature under different load conditions

圖12 不同載質(zhì)量條件下箱內(nèi)的降溫速率

5 結(jié)語

以裝載荔枝的冷藏運(yùn)輸箱為研究對(duì)象，建立三維數(shù)值模型進(jìn)行數(shù)值模擬，分析了進(jìn)風(fēng)口不同風(fēng)速下運(yùn)輸荔枝時(shí)的初始溫度和載質(zhì)量對(duì)溫度均勻性、降溫速率、降溫幅度和箱內(nèi)溫度云圖分布的影響。經(jīng)試驗(yàn)驗(yàn)證，仿真值與實(shí)際數(shù)據(jù)的誤差較小。選取不同參數(shù)水平等級(jí)，比較箱內(nèi)溫度分布和變化，得出以下結(jié)論。

1）冷藏運(yùn)輸箱溫度分布呈倒“C”形，進(jìn)風(fēng)口處上層和下層的貨物溫度較低，貨物堆疊的中間層位置及遠(yuǎn)離進(jìn)風(fēng)口處貨物的溫度較高。

2）在運(yùn)輸2 h內(nèi)，荔枝的平均溫度隨著風(fēng)速的增大而降低，降溫幅度增大，溫度云圖中低溫區(qū)域的占比明顯增大。當(dāng)風(fēng)速大于8 m/s時(shí)，降溫速率變化不顯著。

3）在荔枝預(yù)冷溫度低于10 ℃時(shí)，可以提高箱內(nèi)溫度分布均勻性。

4）增大荔枝載質(zhì)量，會(huì)提高箱內(nèi)溫度均勻性，且在不同載質(zhì)量下箱內(nèi)平均溫度的變化幅值小于1 ℃。在相同堆碼方式下，載質(zhì)量對(duì)箱內(nèi)平均溫度變化的影響較小。

綜上可知，在短途運(yùn)輸時(shí)，荔枝質(zhì)量對(duì)溫度的影響較小，因此選擇每筐質(zhì)量為25 kg，且預(yù)冷溫度應(yīng)低于10 ℃，冷風(fēng)入口風(fēng)速為8 m/s。值得討論的是，不同包裝、運(yùn)輸距離、振動(dòng)等因素可能會(huì)對(duì)研究結(jié)果造成影響，項(xiàng)目組將在后續(xù)研究中深入探討。

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Numerical Simulation Analysis on Effects of Cargo Parameters on Temperature Field of Refrigerated Transport Tank

ZHEN Wen-bin, ZHANG Xiao-dan,LIN Ji-cheng,CAI Wei,LIANG Jian-hua,GUO Jia-ming

(1. a. College of Engineering b. Key Laboratory of Key Technology of Agricultural Machinery and Equipment in South China, Ministry of Education, South China Agricultural University, Guangzhou 510642, China; 2. Maoming Branch Center of Guangdong Laboratory of Lingnan Modern Agricultural Science and Technology, Guangdong Maoming 525000, China)

The work aims to obtain the general rule of effects of air speed combined with cargo parameters on the temperature change in refrigerated transport tanks during fresh-keeping transport. With refrigerated transport tanks containing litchi as research objects, a numerical model of a refrigerated transport tank containing litchi was established through computational fluid dynamics taking into account the computational heat of respiration and the heat radiation of the tank. The temperature distribution and change in the tank were obtained. With the increase of the speed at the air inlet inside the tank, the cooling range of litchi was obvious, and the most significant temperature change was in the gap between each stack of baskets. When the air speed of the fan was greater than 8 m/s, the cooling rate in the tank had no significant change. When the precooling temperature of litchi was below 10 ℃, the temperature uniformity in the tank can be improved; After 2 h transportation, the more the load, the average temperature drop range of litchi and air in the transport tank was less than 1 ℃, but the temperature uniformity became better. In fresh-keeping transport, the air speed has a great effect on the temperature change in the transport tank. Increasing the clearance of goods stacked is conducive to improving the heat transfer efficiency. If the goods are precooled in advance, the temperature uniformity in the box will be better. Increasing the load will increase the heat load in the tank, but the overall temperature change in the tank is little affected.

litchi; CFD; uniformity of temperature distribution; cooling rate

S667.1

A

1001-3563(2023)13-0141-10

10.19554/j.cnki.1001-3563.2023.13.017

2023?04?21

國家自然科學(xué)基金（31901736，31971806）；廣東省2019年省級(jí)農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新及推廣項(xiàng)目（2023KJ101）；農(nóng)產(chǎn)品保鮮物流共性關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)（2023KJ145）；廣州市科技計(jì)劃（2023B01J2001）；嶺南現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科學(xué)與技術(shù)廣東省實(shí)驗(yàn)室茂名分中心（2021ZZ003）

甄文斌（1968—)，女，碩士，高級(jí)實(shí)驗(yàn)師，主要研究方向?yàn)檗r(nóng)業(yè)機(jī)械裝備設(shè)計(jì)。

郭嘉明（1987—），男，博士，副教授，主要研究方向?yàn)檗r(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流技術(shù)與裝備。

責(zé)任編輯：彭颋