劉廣海 吳俊章 FOSTER A 謝如鶴 唐海洋 屈睿瑰

(1.廣州大學冷鏈物流與標準化研究所， 廣州 510006； 2.倫敦南岸大學工程學院， 布里斯托爾 BS40 5DU；3.中南大學交通運輸工程學院， 長沙 410075)

0 引言

隨著人民生活水平的提高和易腐食品流通規(guī)定的加強，我國冷藏運輸裝備規(guī)模增長迅速。2012—2017年，各類冷藏車由4.1萬輛增加到13.4萬輛[1]，預(yù)計未來5～10年，年均增速仍在10%以上[2],但與西方國家規(guī)模仍然差距顯著[1,3]，這與冷藏車能耗大、運行成本高密切相關(guān)。當前，90%以上的冷藏車采用柴油機驅(qū)動的制冷機組為冷源，該系統(tǒng)價格昂貴、噪聲大、能量轉(zhuǎn)化效率僅為35%～40%[4]，在-20.0/30.0℃工況下，每1 kW制冷量油耗約為0.47 L/h，每年碳排放量達50 t[5]，以致在無溫度立法的市場環(huán)境下，運輸商為追求利潤，大量采用常溫運輸，易腐食品腐損嚴重。在此情況下，具有降本和節(jié)能優(yōu)勢的蓄冷車逐漸被人們所重視。

蓄冷車可利用夜間低谷電制冷并將冷能儲藏在蓄冷槽(The phase change cold storage tank, PCCST)內(nèi)，白天工作時將冷能導(dǎo)入使車廂降溫，達到低成本控溫運輸?shù)哪康腫6]。為此，20世紀80年代和90年代，我國自行開發(fā)了地面充冷和移動充冷的第一代和第二代鐵路冷板冷藏車；在此基礎(chǔ)上，21世紀初研制了時速為120 km/h快速充冷的機械冷板冷藏車[7]。在國外，美國、英國、意大利等國也開發(fā)出多款蓄冷車并展開大范圍試運行，相關(guān)技術(shù)和性能指標得到迅速提升。在車廂圍護結(jié)構(gòu)改進方面，ZAFER[8]提出了將相變材料(Phase change material, PCM)嵌入冷藏車隔熱壁內(nèi)，達到增加熱阻、減少車內(nèi)溫度波動的目的；MASHUD等[9]在此基礎(chǔ)上進行實測，試驗表明上述方法可降低29.1%的峰值熱負荷，減少制冷能耗16.3%。在蓄冷裝置優(yōu)化方面，文獻[10-12]對蓄冷換熱結(jié)構(gòu)、傳熱熱性、蓄冷板布置等進行分析；LIU等[4]自行研制了新型低溫相變材料并應(yīng)用于冷藏車蓄冷裝置內(nèi)，試驗表明250 kg PCM可維持蓄冷車在-18.0℃條件下不間斷運輸10 h以上(配送條件下，頻繁開門卸貨時則需390 kg PCM)，能耗成本較機械冷藏車節(jié)約80%以上。在氣流組織優(yōu)化方面，詹耀立等[13]對蓄冷板在車廂內(nèi)不同位置擺放進行了分析；張哲等[14]對不同貨物堆碼方式對蓄冷車車廂內(nèi)溫度場的影響進行了仿真分析。

傳統(tǒng)蓄冷運輸裝備具有運營成本低、溫度穩(wěn)定、噪聲小、換熱迅速等優(yōu)點，但也存在一些問題：制冷溫度單一、不可控溫；控溫有效時間縮短；運輸風險較高。為此，本文提出一種帶獨立蓄冷槽的多溫蓄冷車并對其溫度場進行測試。

1 多溫蓄冷車設(shè)計

如圖1所示，該多溫蓄冷車集車載制冷系統(tǒng)、獨立蓄冷槽、隔熱車廂(分為冷凍、冷藏單元)、導(dǎo)風槽、內(nèi)隔板等于一體。在具體運用方面，車載制冷系統(tǒng)由電力驅(qū)動，利用夜間廉價低谷電制冷并將冷能儲存于蓄冷槽內(nèi)的蓄冷條中；當車輛運行時，開啟蓄冷槽循環(huán)風機，根據(jù)控溫需要，將蓄冷槽中的冷能導(dǎo)入隔熱車廂(冷凍單元)內(nèi)，同時通過導(dǎo)風槽將冷氣導(dǎo)入冷藏單元，從而實現(xiàn)不同控溫要求的目的。

圖1 多溫蓄冷車結(jié)構(gòu)示意圖Fig.1 Structure diagram of multi-temperature cold storage vehicle 1.門 2.冷藏單元 3.內(nèi)隔板 4.冷凍單元 5.蓄冷槽 6.車載制冷系統(tǒng)

較傳統(tǒng)冷藏運輸裝備而言，該系統(tǒng)具有以下優(yōu)勢：

(1)與機械冷藏車相比，制冷系統(tǒng)在車輛停止運行時外接電源制冷，一方面廉價的夜間低谷電較柴油價格具有較大優(yōu)勢，降低了冷藏運輸成本；另一方面，制冷機組在靜態(tài)狀態(tài)工作，工作環(huán)境明顯好于車輛行駛的顛簸狀態(tài)，可有效降低制冷工質(zhì)泄漏的風險并延長制冷機組使用壽命。

(2)與傳統(tǒng)蓄冷車相比，蓄冷裝置由傳統(tǒng)的頂部設(shè)計改為車廂前部，使得車輛重心下降，增加了運輸安全性；同時，蓄冷槽獨立保溫設(shè)計使得冷量按需按時輸出，可有效延長蓄冷裝置保冷時間。

(3)在運輸靈活性方面，車廂由可移動的內(nèi)部隔斷裝置分為冷凍區(qū)和冷藏區(qū)，內(nèi)部隔斷裝置可根據(jù)需要調(diào)整各區(qū)域空間大小；同時通過溫度傳感器監(jiān)測溫度、蓄冷槽和導(dǎo)風槽循環(huán)通風的方式，多溫蓄冷車一方面可實現(xiàn)各區(qū)域精準控溫，另一方面因車廂內(nèi)部增設(shè)了循環(huán)送風裝置，車廂內(nèi)部的溫度分布也更均勻。

因多溫蓄冷車結(jié)構(gòu)較傳統(tǒng)形式變化較大，一方面蓄冷槽中PCM的相變溫度較低，另一方面由于多溫區(qū)的存在使得送風模式發(fā)生變化，因此車輛的實用性、溫控效果、溫度分布等一系列問題均需通過試驗和仿真予以驗證。

2 溫度場仿真與試驗

2.1 物理模型

本文以自行設(shè)計的多溫蓄冷車為研究對象，如圖2所示，相關(guān)參數(shù)如下：

圖2 多溫蓄冷車冷凍、冷藏單元隔斷分布示意圖Fig.2 Sketch of space arrangement of freezing and cooling unit in multi-temperature cold storage vehicle 1.門 2.冷藏單元 3.內(nèi)隔板 4.送風槽 5.冷凍單元 6.回風槽

(1)車廂前端為-25.0～-10.0℃的冷凍單元，后端為0～15.0℃冷藏單元，內(nèi)隔板可在車廂中間1/2段自由移動。

(2)車廂內(nèi)、外尺寸(長×寬×高)分別為5.00 m×2.04 m×2.00 m和5.80 m×2.28 m×2.24 m；外圍護結(jié)構(gòu)和內(nèi)隔板均采用高密度硬質(zhì)聚氨酯保溫板(Poly urethane, PU)，密度45 kg/m3，導(dǎo)熱率0.026 W/(m·K)，比熱容1.8 kJ/(kg·K)，內(nèi)、外蒙皮采用纖維增強復(fù)合材料(Fiber reinforced polymer/plastic, FRP)，車廂外圍護結(jié)構(gòu)和內(nèi)隔板厚度均為0.12 m，地板為花紋鋁板。

(3)蓄冷槽位于車廂前端，同樣采用聚氨酯保溫板進行隔熱，保溫層厚度0.20 m；冷風采用上送下回的模式由送、回風通道經(jīng)風機與冷凍單元連接，送風口為邊長0.25 m的正方形，距離車頭頂壁和側(cè)壁分別為0.1 m和0.05 m；送風系統(tǒng)采用變頻風機，溫度傳感器位于回風口，用于控制風道內(nèi)風機速度和閥門的開關(guān)。

(4)冷凍單元和冷藏單元間導(dǎo)風槽為等邊三角形，位于車廂內(nèi)側(cè)壁頂部，邊長為0.17 m；出風口位于導(dǎo)風槽端部的側(cè)邊中心處，圓形，直徑為0.15 m；導(dǎo)風系統(tǒng)采用變頻風機，溫度傳感器同樣位于回風口，用于控制風道內(nèi)風機速度和閥門的開關(guān)。

(5)蓄冷條采用3 mm厚鋁板制作，外尺寸(長×寬×高)為1.80 m×0.20 m×0.12 m，蓄冷劑相變溫度為-30.0℃，比熱容為4.7 kJ/(kg·K)，相變潛熱為175.3 kJ/kg[12]。蓄冷槽中共放置蓄冷條24根，每根充注蓄冷劑15 kg，共360 kg。

為考察送風系統(tǒng)對車廂內(nèi)溫度場分布的影響，對冷凍冷藏單元體積比為1∶1的空間進行分析，如圖2所示。冷凍、冷藏單元運輸溫度分別選擇較為常見的-15.0℃和3.0℃[15-16]；送風速度方面，在參照文獻[17-21]的基礎(chǔ)上，將冷凍單元和導(dǎo)風槽出風速度均設(shè)為4 m/s并展開試驗。

圖3 車內(nèi)溫度傳感器布置示意圖Fig.3 Layout of temperature sensor in carriage

對溫度場進行測試時，車內(nèi)保持空置狀態(tài)，在參考國內(nèi)外冷藏運輸測試標準要求的基礎(chǔ)上布置溫度傳感器[22-24]，如圖3所示。在布置上，沿冷藏車車廂長度方向等距劃分為6個縱截面(分別位于冷凍和冷藏單元2個端部0.10 m處和正中部)，溫測點P1～P15和Q1～Q15分別代表截面S1～S3及截面T1～T3的4個頂角及截面中心；車廂外車頂、2個側(cè)壁面及車尾的幾何中心各布置1個測溫點，共34個測溫點。截面S1～S3在冷凍單元內(nèi)，距離送風端面分別為0.10、1.25、2.40 m；截面T1～T3在冷藏單元內(nèi)，距離送風端面分別為2.60、3.75、4.90 m。溫度傳感器采用深圳天圓數(shù)碼科技有限公司的Tag06B型無線溫濕度傳感器(測試范圍-40.0～125.0℃，測試精度±0.3℃)，每1 min采集1次數(shù)據(jù)，并通過無線網(wǎng)絡(luò)連接溫度監(jiān)控系統(tǒng)，實時顯示車廂內(nèi)溫度變化規(guī)律。

2.2 數(shù)學模型

為了更直觀地反映車廂內(nèi)溫度場分布，采用計算流體力學(Computational fluid dynamics, CFD)仿真軟件對車廂進行建模并分析其溫度場分布情況。車廂分為冷凍單元和冷藏單元，空間體積相等，保持空載狀態(tài)。在對多溫蓄冷車車廂進行建模時，內(nèi)部空間采用結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格進行劃分，并對送、回風口部分進行局部網(wǎng)格加密，網(wǎng)格質(zhì)量良好。

在參數(shù)設(shè)置方面，設(shè)車內(nèi)空氣為低速不可壓縮流體，不考慮車內(nèi)熱輻射以及溫度變化對空氣熱物性的影響；計算得到車內(nèi)空氣瑞利數(shù)Ra=1.092×1012[12]，為湍流，故計算中采用Boussineq假設(shè)[25]。綜合考慮上述因素的基礎(chǔ)上，建立直角坐標系的連續(xù)性方程、能量方程、動量和k-ε方程，其通用表達式為

div(ρvφ)=div(Γφgradφ)+Sφ

(1)

式中φ——通用變量

Γφ——廣義擴散系數(shù)

Sφ——廣義源項

ρ——空氣密度，kg/m3

v——空氣速度矢量，m/s

圖4 多溫蓄冷車空氣溫度分布圖Fig.4 Air temperature distribution diagrams of multi-temperature cold storage vehicle

式(1)各參數(shù)及k-ε方程中系數(shù)參照文獻[26-27]進行取值。在能耗方面，使用空車進行地面仿真時，穩(wěn)定運行條件下需考慮太陽輻射、車廂傳熱、漏氣、車內(nèi)循環(huán)風機發(fā)熱量及車廂降溫產(chǎn)生的冷消耗。假設(shè)外界熱環(huán)境透過車廂圍護結(jié)構(gòu)進入車內(nèi)的熱量均勻分布于車廂壁面，車廂光照面積占總面積百分比為50%，以廣州市7月平均光照時間為基準，計算得該冷藏車廂熱流密度為29.3 W/m2。

模擬計算時，采用標準的k-ε模型，蓄冷劑參數(shù)同2.1節(jié)，仿真時設(shè)蓄冷槽初始溫度為-35.0℃，車廂內(nèi)冷凍和冷藏單元初始溫度為25.0℃，外界溫度為30.0℃，車內(nèi)冷凍單元送風溫度為-15.0℃，冷藏單元送風溫度為3.0℃。計算開啟凝固/融化模塊，采用非穩(wěn)態(tài)方程求解多溫車廂的溫度變化情況。其中，控制微分方程的離散采用一階迎風格式，并采用壓力耦合方程組的半隱式算法(Semi-implicit method for pressure linked equations, SIMPLE)對計算域速度、壓力進行耦合；考慮冷藏配送時間一般在白天進行，時間一般在10 h以內(nèi)[12]，故將此次仿真計算時間定為10 h，時間步長設(shè)為1 s。

3 仿真與試驗分析

3.1 多溫蓄冷車車內(nèi)仿真結(jié)果分析

仿真結(jié)果如圖4所示。其中，圖4a、4b為設(shè)定溫度為-15.0℃時冷凍單元的溫度云圖，圖4c、4d為設(shè)定溫度為3.0℃時冷藏單元的溫度云圖。

由圖4可見，雖熱空氣等各種擾量通過對流換熱、圍護結(jié)構(gòu)熱傳導(dǎo)等形式在一定程度上影響了車廂內(nèi)溫度場分布，但多溫蓄冷車車廂冷凍、冷藏單元通過強制通風，溫度分布仍得到了較好的控制。當冷凍單元溫度設(shè)定為-15.0℃、送風速度為4 m/s時，區(qū)域溫度在-15.0～-13.0℃之間。其中溫度最低點接近-15.0℃，位于車廂前端左右兩側(cè)送風口處；而溫度較高區(qū)域處于回風口處、車廂頂部及側(cè)壁處。這是由于當啟動溫控風機時，蓄冷槽內(nèi)冷氣導(dǎo)入冷凍單元，較大的溫差造成劇烈換熱，所以送風口處溫度偏低；而送回風模式采用上送下回的氣流循環(huán)過程中，車底、車廂側(cè)壁貼附區(qū)域風速較低，加之外界熱量傳入影響，其溫度稍高。當冷藏單元設(shè)定溫度為3.0℃、導(dǎo)風速度為4 m/s時，區(qū)域溫度在3.0～5.0℃之間。溫度波動產(chǎn)生原因與冷凍單元類似，導(dǎo)風槽口處冷氣導(dǎo)入冷藏單元進行強對流換熱，造成導(dǎo)風口附近溫度梯度較大；此外，冷藏單元內(nèi)部空間較小，送風口與回風口距離較近且均設(shè)置在頂部，使得空載狀態(tài)下部分低溫氣流未完整循環(huán)便進入回風口，車廂溫度由上至下呈現(xiàn)階梯狀分布，致使冷藏區(qū)域底部角落處溫度稍高。

3.2 多溫蓄冷車車內(nèi)試驗結(jié)果分析

試驗時首先開啟車載制冷系統(tǒng)對蓄冷槽內(nèi)蓄冷板進行充冷，待蓄冷板內(nèi)PCM充分凍結(jié)后關(guān)閉制冷系統(tǒng)，隨后啟動溫控風機和導(dǎo)風槽，將冷氣由蓄冷槽經(jīng)溫控風機吹進冷凍單元，同時冷氣經(jīng)導(dǎo)風槽導(dǎo)入冷藏單元，控溫試驗持續(xù)10 h。將試驗數(shù)據(jù)進行處理并分析，冷凍、冷藏單元以及截面S1～S3和截面T1～T3的平均溫度隨時間變化的趨勢如圖5所示。

圖5 多溫蓄冷車空氣溫度變化曲線Fig.5 Temperature variation curves of multi-temperature cold storage vehicle

由試驗結(jié)果可知，雖然蓄冷槽內(nèi)PCM的初始溫度與冷凍、冷藏單元溫度相差較大，但因蓄冷槽獨立保溫并經(jīng)溫控風機按設(shè)定溫度要求導(dǎo)出冷氣，因此多溫蓄冷車車廂冷凍、冷藏單元溫度均得到較好控制。

當冷凍單元溫度設(shè)定為-15.0℃時，約60 min后可達到設(shè)定目標溫度，之后冷凍單元各點溫度趨于穩(wěn)定。從各截面溫度來看，從小到大依次為截面S1、S2、S3，平均溫度分別為-14.6、-13.2、-12.4℃，整個冷凍單元平均溫度為-13.4℃。上述分布與截面S1接近蓄冷槽及送風口，截面S2靠近冷凍單元側(cè)門，而截面S3緊挨可移動的內(nèi)隔板存在一定漏氣、漏熱現(xiàn)象有關(guān)。

在冷藏單元，其送回風均通過導(dǎo)風槽進行。在送風模式上，冷風沿車廂單側(cè)導(dǎo)風槽送入，由另一側(cè)導(dǎo)風槽送出；這與冷凍單元單端上送下回的送風模式有所不同，因此兩者間溫度分布趨勢也有所不同。冷藏單元因降溫幅度不大，約30 min可達到設(shè)定目標溫度，待各點溫度穩(wěn)定后，截面T1～T3的平均溫度分別為3.3、3.6、4.1℃，車廂平均溫度為3.7℃。這是由于截面T1處于內(nèi)隔板附近，會有冷凍單元內(nèi)冷空氣滲出，截面T2靠近導(dǎo)風口，溫度梯度較大，而截面T3處于車門附近，存在漏熱、漏氣問題。

將多溫蓄冷車試驗數(shù)據(jù)與文獻[12]中的單溫蓄冷車比較分析，在多溫蓄冷車冷凍和冷藏單元設(shè)定溫度為-15.0℃和3.0℃時，其冷凍和冷藏單元平均溫度分別在-14.2～-12.9℃和3.4～4.2℃間波動，波動范圍為1.3℃和0.8℃；而傳統(tǒng)單溫蓄冷車經(jīng)10 h試驗后車廂平均溫度波動為3.0～5.0℃，取平均波動溫度的均值，計算得到該新型多溫蓄冷車平均溫度波動值較之降低了73.7%。這是由于傳統(tǒng)蓄冷車中蓄冷板布置在車廂內(nèi)部，僅靠蓄冷板以自然對流換熱方式持續(xù)釋放冷能被動為車廂和貨物降溫，無法主動調(diào)節(jié)溫度；而多溫蓄冷車采用獨立保溫的蓄冷槽并由風機啟停實現(xiàn)系統(tǒng)的主動控溫，試驗表明上述方法能更好地維持車廂溫度的穩(wěn)定，保障運輸食品品質(zhì)的效果也更佳。

3.3 多溫蓄冷車溫度場分析

3.3.1溫度場穩(wěn)定性及仿真效果分析

新型多溫蓄冷車運行10 h后，車內(nèi)各溫度測點仿真及試驗結(jié)果對比分析如圖6所示，圖中溫測點序號1～15分別對應(yīng)P1～P15和Q1～Q15。

圖6 多溫蓄冷車試驗與模擬溫度比較Fig.6 Temperature comparison of experiment and simulation results of multi-temperature cold storage vehicle

將車廂冷凍和冷藏單元試驗與模擬溫度進行比較。冷凍單元溫度設(shè)定為-15.0℃時，各溫測點數(shù)據(jù)如圖6a所示，溫度試驗值與模擬值隨位置變化的規(guī)律基本一致，各溫測點在-15.0～-12.0℃間正常波動，且溫度模擬值與試驗值的均方根誤差為1.1℃。冷藏單元溫度設(shè)定為3.0℃時，各溫測點數(shù)據(jù)如圖6b所示，冷藏單元溫度擬合良好，各溫測點在3.0～5.0℃間正常波動，溫度模擬值與試驗值的均方根誤差為0.7℃。結(jié)果顯示所建立模型可較好地用于模擬該新型多溫蓄冷車的溫度場分布。

此外，由圖6可見，PCM在持續(xù)放冷10 h后仍較好地維持了車內(nèi)設(shè)定溫度，滿足設(shè)計需要。冷凍單元內(nèi)截面S1試驗溫度略低于模擬溫度，而截面S2、S3試驗溫度高于模擬溫度。這是由于仿真模擬的溫度場處于理想狀態(tài)，溫度場分布較為均勻。而在現(xiàn)實中，如圖1～3所示，冷凍單元內(nèi)截面S1靠近蓄冷槽及送回風口，蓄冷槽中PCM溫度最低達-35.0℃，冷能通過送回風口不可避免地滲漏至車廂內(nèi)部，進而對截面S1溫度造成影響，使其偏低于理論值；截面S2靠近冷凍冷藏區(qū)之間的導(dǎo)風槽，從冷藏區(qū)送回的空氣在此進入冷凍區(qū)，也使得該區(qū)域空氣溫度有所上升；而截面S3緊挨內(nèi)隔板，因該內(nèi)隔板并非處于理想的完全密封狀態(tài)(為調(diào)節(jié)空間大小，可在一定范圍內(nèi)自由移動，故內(nèi)隔板與內(nèi)壁面之間不可避免地存在縫隙)，存在少量空氣在冷凍、冷藏區(qū)之間滲透，導(dǎo)致截面S3附近出現(xiàn)溫升現(xiàn)象。在冷藏單元內(nèi)，截面T1和截面T2試驗溫度低于模擬溫度，截面T3試驗溫度高于模擬溫度，原因與冷凍單元類似。截面T1靠近內(nèi)隔板，冷凍單元冷氣漏出；截面T2靠近導(dǎo)風槽，冷空氣流入導(dǎo)致溫度梯度較大；而截面T3處于車輛尾端車門附近，車門的隔熱性能和氣密性能均弱于車壁，存在漏熱、漏氣現(xiàn)象。

3.3.2溫度場均勻性分析

為考察車廂內(nèi)溫度穩(wěn)定情況，引入絕對不均勻度系數(shù)S，S越大則表示溫度場的均勻性越差，計算公式為

(2)

式中tj——第j個溫度測試點的溫度，℃

n——車廂內(nèi)溫度測試點的數(shù)量

對于冷凍單元設(shè)定溫度為-15.0℃時的穩(wěn)定階段和冷藏單元設(shè)定溫度為3.0℃時的穩(wěn)定階段，分別計算各截面的溫度絕對不均勻度系數(shù)S，結(jié)果如圖7所示。

圖7 多溫蓄冷車溫度絕對不均勻度系數(shù)變化曲線Fig.7 Temperature non-uniformity coefficient of multi-temperature cold storage vehicle

在空間分布上，新型多溫蓄冷車的溫度絕對不均勻度系數(shù)S：冷凍單元S≤0.6，冷藏單元S≤1.2，而傳統(tǒng)單溫蓄冷車的S最高達2.0以上[12]，同等試驗條件下，取溫度絕對不均勻度系數(shù)平均值，計算得到該新型多溫蓄冷車S較之降低了50%以上?？梢姡撔滦投鄿匦罾滠噧?nèi)溫度場分布時間和空間穩(wěn)定性均較好。此外，由于蓄冷車在運行過程中無需進行蒸發(fā)器融霜作業(yè)，其溫度穩(wěn)定性也優(yōu)于同類型機械式冷藏車。但新型多溫蓄冷車冷藏單元的S高于冷凍單元，這與冷藏單元導(dǎo)風槽上送上回的結(jié)構(gòu)有一定關(guān)系，其多溫車廂導(dǎo)風系統(tǒng)仍可進一步改進優(yōu)化。

3.3.3模型拓展應(yīng)用

在多溫共配的過程中，每次需要裝載冷凍和冷藏貨物數(shù)量根據(jù)實際需要有所不同，因此，多溫蓄冷車車廂的內(nèi)隔板也需要根據(jù)實際貨物運量進行調(diào)整。

為考察多溫蓄冷車冷凍、冷藏單元體積變化后車廂內(nèi)部溫度變化情況，仍以前述所建仿真模型為例，將冷凍冷藏單元體積比由1∶1變?yōu)?∶2，其他參數(shù)不變，對車內(nèi)溫度場進行仿真。

多溫蓄冷車運行10 h后冷凍單元截面S1～S3及冷藏單元截面T1～T3溫度分布如圖8所示，而2次仿真中冷凍、冷藏單元內(nèi)部各測點溫度的對比如圖9所示。對比圖4和圖8，雖然車廂內(nèi)冷凍和冷藏單元的體積發(fā)生變化，但各截面溫度分布基本一致，冷凍、冷藏單元內(nèi)部區(qū)域溫度仍在-15.0～-13.0℃和3.0～5.0℃之間波動?？梢?，在多溫蓄冷車改變內(nèi)部體積后，車內(nèi)溫度分布仍可較好地滿足實際運輸需要。在變化趨勢上，當冷凍冷藏單元體積比為1∶2時，與之前的仿真相比，雖冷凍單元體積變小，但總送風量不變，因此，冷凍單元中各測點溫度較之前更趨近于-15.0℃，車廂平均溫度由-14.1℃降至-14.4℃；冷藏單元與之相反，總送風量不變但體積增大，因此內(nèi)部溫度略有升高，平均溫度由之前的4.2℃升至4.6℃。

圖8 多溫蓄冷車空氣溫度分布圖(冷凍冷藏單元 體積比1∶2)Fig.8 Air temperature distribution diagrams of multi-temperature cold storage vehicle (the space ratio of freezing unit and cooling unit was 1∶2)

圖9 多溫蓄冷車不同空間比例條件下仿真溫度對比曲線Fig.9 Comparison curves of temperature simulation result at different space proportions of multi-temperature cold storage vehicle

4 結(jié)論

(1)設(shè)計了一款集車載制冷系統(tǒng)、獨立蓄冷槽、隔熱車廂(冷凍單元和冷藏單元)、導(dǎo)風槽、內(nèi)隔板等于一體的新型多溫蓄冷車。該車將蓄冷槽獨立安裝在車廂前端并獨立保溫，利用夜間低谷電對蓄冷槽內(nèi)PCM進行充冷。當多溫蓄冷運輸時，冷凍單元通過車廂前端送風系統(tǒng)將冷能導(dǎo)出并調(diào)控；而冷藏單元通過導(dǎo)風槽將冷氣導(dǎo)入并調(diào)控。較傳統(tǒng)蓄冷冷藏車而言，該車具有重心低，溫度、空間可調(diào)控等特點。

(2)構(gòu)建了多溫蓄冷車仿真模型，溫度模擬值與試驗值的均方根誤差為0.7～1.1℃，總體偏差合理，所建立的模型可較好地模擬多溫蓄冷車內(nèi)冷凍、冷藏單元溫度場分布。

(3)試驗與模擬溫度數(shù)據(jù)顯示，當冷凍和冷藏單元體積比為1∶1，溫度設(shè)定為-15.0℃和3.0℃時，該多溫蓄冷車內(nèi)冷凍、冷藏單元可有效控溫10 h以上，平均溫度分別在-14.2～-12.9℃和3.4～4.2℃間正常波動，波動范圍分別為1.3℃和0.8℃，溫度絕對不均勻度系數(shù)S在1.2以內(nèi)。在多溫蓄冷車改變內(nèi)部體積后，車內(nèi)溫度分布仍可較好地滿足實際運輸需要。此外，與傳統(tǒng)蓄冷車比較，該新型多溫蓄冷車平均溫度波動值、溫度絕對不均勻度系數(shù)S分別降低了73.7%和50%以上，可在保證易腐貨物品質(zhì)安全的同時有效降低運輸能耗及成本。