趙東夏 楊萬楓 應(yīng)豪

近年來，我國農(nóng)產(chǎn)品需求增長迅速，形成規(guī)模較大的農(nóng)產(chǎn)品物流市場。果蔬在農(nóng)產(chǎn)品交易中占據(jù)較大市場份額，由于其含水量高，在采收、分級、包裝、運(yùn)輸?shù)冗^程中容易腐爛，因此一般采用冷藏運(yùn)輸。[1]冷藏集裝箱運(yùn)輸是冷藏鏈中比較重要的環(huán)節(jié)，冷藏集裝箱果蔬儲存質(zhì)量取決于箱內(nèi)空氣流場分布。[2]本文建立果蔬冷藏集裝箱室內(nèi)空氣流場的數(shù)學(xué)模型，利用流體力學(xué)計(jì)算軟件Fluent進(jìn)行三維穩(wěn)態(tài)數(shù)值模擬，比較在考慮貨物熱源情況下冷藏集裝箱室內(nèi)貨物堆碼數(shù)量對箱室內(nèi)溫度場和速度場分布的影響，以期通過合理分配集裝箱室內(nèi)的冷量和氣流來達(dá)到冷藏果蔬類貨物的目的。[3-4]

1 建立模型

1.1 物理模型

本文以20英尺國際標(biāo)準(zhǔn)鋼制集裝箱為研究對象，其外部尺寸為讇祝誆砍嘰縹獉讇住@洳丶跋淥頭綬絞椒治纖拖祿睪拖濾蛻匣兀臼匝椴捎孟濾蛻匣氐乃頭綬絞劍喜糠緲誄嘰縹獉？，下部風(fēng)口尺寸為祝頭縊俁任？s。本文重點(diǎn)研究冷藏集裝箱室，故在之后的建模過程中對其進(jìn)行一定簡化處理。集裝箱室內(nèi)設(shè)計(jì)有方便貨物裝卸的結(jié)構(gòu)和導(dǎo)風(fēng)軌等，但其對整個(gè)計(jì)算區(qū)域空氣流場的影響不大，故經(jīng)簡化處理后的集裝箱室的幾何模型是一個(gè)長方體。

1.2 數(shù)學(xué)模型

冷藏集裝箱室內(nèi)氣流通過送風(fēng)口以下送上回的形式在集裝箱內(nèi)循環(huán)冷卻貨物，形成三維空間內(nèi)的湍流模型。三維湍流模型有多種模擬方法，由于冷藏集裝箱是高雷諾數(shù)的湍流模型，故采用現(xiàn)階段最常用的k- 雙方程湍流模型。箱壁附近區(qū)域紊流雷諾數(shù)較低，需要考慮分子黏性的影響，采用壁面函數(shù)法對之進(jìn)行處理。[5]為研究方便，在三維坐標(biāo)中將相應(yīng)的控制方程寫成通用變量的形式：

1.3 邊界條件

（1）熱源邊界 將箱體外壁面作為邊界條件，將保溫層導(dǎo)熱與內(nèi)壁對流換熱統(tǒng)一起來，采用第三類邊界對其求解：環(huán)境溫度取，傳熱系數(shù)取0.2（W/ m2貳？，貨物的熱流量為番茄在庫內(nèi)的呼吸熱，按番茄密度/m3計(jì)算，呼吸熱總值為。

（2）入口邊界 入口邊界采用速度入口邊界條件。入口平均送風(fēng)溫度取，送風(fēng)速度取6.0 m/s；由于k和 難以測量或計(jì)算，采用紊流強(qiáng)度和特性規(guī)格來定義紊流，湍流動能和耗散率分別為2/s2和2.2 m2/s3。

（3）出口邊界 出口邊界采用壓力出口條件，出口壓力及溫度根據(jù)環(huán)境值確定。

2 冷藏集裝箱室內(nèi)溫度場模擬

2.1 考慮貨物熱源情況下貨物堆碼對箱室內(nèi)溫度場影響的模擬

送風(fēng)溫度取，外部溫度取，送風(fēng)速度取/s，湍流動能和耗散率分別為2/s2和2/s3。為分析考慮熱源情況下貨物堆碼數(shù)量對箱室內(nèi)溫度場的影響，對貨物在y方向的數(shù)量為1和2時(shí)的情況進(jìn)行模擬。各工況下每組貨物在箱室內(nèi)呈對稱堆碼分布；堆碼立方體貨物與堆碼箱側(cè)壁的距離為，立方體貨物間的距離為。由圖 1可見：當(dāng)貨物在y方向的數(shù)量為1時(shí)，冷藏集裝箱送風(fēng)口的溫度較低，箱室內(nèi)堆碼的貨物使中心部分區(qū)域溫度較高；由于貨物間無空隙，致使箱室內(nèi)溫度分布不均勻，熱量交換不充足。由圖2可見，當(dāng)貨物在y方向的數(shù)量為2時(shí)，由于箱室內(nèi)堆碼的貨物間存在空隙，箱室內(nèi)溫度降低且溫度場分布比較均勻。

2.2 考慮貨物熱源情況下貨物堆碼對箱室內(nèi)速度場影響的模擬

貨物在y方向的堆碼數(shù)量為1和2時(shí)冷藏集裝箱室內(nèi)速度場分布模型分別如圖3和圖4所示。由圖 3可知：當(dāng)貨物在y方向的數(shù)量為1時(shí)，由于集裝箱底部有導(dǎo)風(fēng)軌和送風(fēng)口，底部及送風(fēng)口附近的速度值較高；由于箱室內(nèi)堆碼貨物，堆碼貨物部分區(qū)域速度值較低，且由于門端距離出風(fēng)口較遠(yuǎn)，其速度值較低。由圖4可見，當(dāng)貨物在y方向的數(shù)量為2時(shí)，由于貨物間存在空隙，貨物中心區(qū)的速度值增大，同時(shí)紊流強(qiáng)度增大，導(dǎo)致箱室內(nèi)速度場分布不均勻。

3 模擬分析結(jié)論

運(yùn)用Fluent軟件對考慮貨物熱源情況下冷藏集裝箱室內(nèi)溫度場和速度場分布進(jìn)行模擬仿真分析后得出以下結(jié)論。

（1）由于集裝箱底部設(shè)有導(dǎo)風(fēng)軌和送風(fēng)口，底部及送風(fēng)口附近的速度值較高；由于箱室內(nèi)裝有貨物，故中心部分區(qū)域速度值較低；由于門端距離送風(fēng)口較遠(yuǎn)，故速度值較低。

（2）集裝箱送風(fēng)口處溫度值較低，門端的溫度值較高，中心部分區(qū)域由于貨物內(nèi)熱源的存在而溫度值較高。

參考文獻(xiàn)：

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[2] MALLIKARJUNAN P， MITTAL G S. Heat and mass transfer during beef carcass chilling―modeling and simulation[J]. Journal of Food Engineering， 1994， 23（3）：277- 292.

[3] 李東，韓厚德，紀(jì)珺，等. 冷藏集裝箱內(nèi)部溫度場分布的試驗(yàn)研究[J]. 機(jī)電設(shè)備，2006（6）：14-18.

[4] 陳旭. 冷藏集裝箱船艙內(nèi)通風(fēng)模型試驗(yàn)研究[D]. 上海：上海交通大學(xué)，2008：14-15.

[5] 王以忠，胡春園，陳紹慧，等. 冷藏車內(nèi)溫度場和濕度場的數(shù)值模擬研究[J]. 保鮮與加工，2010，10（3）：26-29.

[6] 朱紅鈞，林元華，謝龍漢. Fluent 12流體分析及工程仿真[M]. 北京：清華大學(xué)出版社，2011：88-89.

（編輯：曹莉瓊 收稿日期：2015-12-30）