胡時(shí)發(fā)，王達(dá)，楊相政，賈連文，徐雙喜

環(huán)形熱管蓄冷保溫箱的模擬優(yōu)化與實(shí)驗(yàn)研究

胡時(shí)發(fā)1,2，王達(dá)1，楊相政1，賈連文1，徐雙喜1,2

（1.中華全國(guó)供銷(xiāo)合作總社濟(jì)南果品研究院，濟(jì)南 250204；2.天津商業(yè)大學(xué)，天津 300134）

解決蓄冷冷鏈運(yùn)輸中存在的溫度波動(dòng)大、均勻性差等問(wèn)題。文中提出通過(guò)環(huán)形熱管來(lái)優(yōu)化箱內(nèi)溫度場(chǎng)均勻性的方案，以檸檬為實(shí)驗(yàn)材料，采用FLUENT數(shù)值模擬軟件對(duì)不同環(huán)形熱管結(jié)構(gòu)下檸檬保溫過(guò)程進(jìn)行仿真，并對(duì)4層環(huán)形熱管模型進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，確定箱內(nèi)溫度分布規(guī)律。環(huán)形熱管均對(duì)保溫箱溫度場(chǎng)均勻性有明顯改善作用，4層環(huán)形熱管與無(wú)環(huán)形熱管的蓄冷保溫箱相比，蓄冷保溫過(guò)程結(jié)束時(shí)，不均勻度由1.71減少為0.83，降低幅度為51.46%，溫度極差可由8.32 ℃減小為3.24 ℃，降低幅度為61.06%。頂部留出的空隙會(huì)出現(xiàn)環(huán)流現(xiàn)象，能一定幅度地減少有效蓄冷保溫時(shí)間，增大溫度極差和溫度不均勻度。驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)和模擬結(jié)果的溫度偏差在1.25 ℃以?xún)?nèi)，說(shuō)明建立的模型適用于該蓄冷保溫箱的數(shù)值模擬。針對(duì)文中箱體結(jié)構(gòu)，最佳熱管環(huán)數(shù)為4層左右；其結(jié)果可為優(yōu)化蓄冷保溫箱的溫度分布提供參考依據(jù)。

蓄冷保溫箱；溫度均勻性；環(huán)形熱管；數(shù)值模擬

蓄冷保溫箱為無(wú)源冷鏈運(yùn)輸設(shè)備[1]，多用于易腐貨物的短途運(yùn)輸，由保溫箱體內(nèi)置蓄冷材料進(jìn)行控溫[2]。在果蔬冷鏈運(yùn)輸中，箱體內(nèi)溫度場(chǎng)的均勻程度與果蔬保鮮效果成正比[3]；根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)[4]，對(duì)易腐貨物的控溫要求有明確的溫度范圍，因此對(duì)冷鏈運(yùn)輸過(guò)程中保溫設(shè)備溫度場(chǎng)均勻性的研究具有重要意義[5-7]。近年來(lái)有不少學(xué)者在這方面做了相關(guān)的研究，李君等[8]、潘欣藝等[9]均研究了保溫材料對(duì)箱體內(nèi)溫度場(chǎng)均勻性的影響，發(fā)現(xiàn)真空絕熱板的使用明顯可以改善溫度場(chǎng)的均勻性。潘欣藝等[10]通過(guò)有限元法得出蓄冷劑擺放位置為頂擺方式時(shí)為溫度場(chǎng)最均勻的擺放位置。李曉燕等[11]研究冷板的布置方式時(shí)得出并列擺放時(shí)溫度場(chǎng)均勻，且平均溫度最低。羅大偉等[12]采用有限元的數(shù)值模擬得出了不同的環(huán)境溫度下蓄冷劑的最佳預(yù)冷溫度。以上學(xué)者的研究都是基于空載的情況下進(jìn)行的，不能完全反映運(yùn)輸過(guò)程中箱體內(nèi)的溫度分布，對(duì)溫度場(chǎng)的優(yōu)化具有一定的參考依據(jù)。朱文嫻等[13]采用實(shí)驗(yàn)和模擬的方式研究了食品冷藏保溫過(guò)程中的溫度分布。方舒超等[14]針對(duì)疫苗冷鏈領(lǐng)域提出了一種蓄冷板楔形布置的蓄冷保溫箱，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)和模擬確定了最佳箱體邊長(zhǎng)比。由于冷板冷藏箱內(nèi)的溫度分布僅靠溫差產(chǎn)生的自然對(duì)流難以形成均勻的溫度場(chǎng)[15-16]，目前溫度場(chǎng)的主要優(yōu)化方向大多為改變蓄冷板的布置方式，對(duì)通過(guò)蓄冷保溫箱體結(jié)構(gòu)優(yōu)化改善箱內(nèi)氣流組織的研究較少。

文中提出一種環(huán)形熱管結(jié)構(gòu)的新型蓄冷保溫箱，主要是利用熱管的強(qiáng)導(dǎo)熱特性在箱內(nèi)貨物與箱體之間形成低溫隔層以減小箱內(nèi)貨物的溫差，從而改善箱內(nèi)貨物溫度場(chǎng)均勻性；通過(guò)數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證相結(jié)合的方法確定不同環(huán)形熱管結(jié)構(gòu)下箱內(nèi)氣流組織和溫度分布規(guī)律，為蓄冷保溫箱的均溫設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)。

1 模型建立與網(wǎng)格劃分

1.1 物理模型

環(huán)形熱管蓄冷保溫結(jié)構(gòu)為對(duì)稱(chēng)模型，1/2三維結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1，從外向內(nèi)分別為保溫箱體、環(huán)形熱管、環(huán)形隔板；保溫箱體的長(zhǎng)×寬×高為：620 mm×365 mm×480 mm，厚度為50 mm；外徑為8 mm的環(huán)形熱管，垂直分布于隔板和箱體之間的空隙，第1層環(huán)管與箱內(nèi)底層的距離為，相鄰環(huán)管的距離分別為，環(huán)形隔板采用1 mm鋁板，長(zhǎng)×寬×高為490 mm×280 mm×380 mm；蓄冷板尺寸根據(jù)實(shí)驗(yàn)所用確定，該模型長(zhǎng)×寬×高為480 mm×20 mm×350 mm。

文中根據(jù)圖1所示結(jié)構(gòu)，分別以0環(huán)管、2環(huán)管（=80 mm，=160 mm）、4環(huán)管（=30 mm，===90 mm）、6環(huán)管（=20 mm，=====60 mm）不同的環(huán)管層數(shù)為變量，箱內(nèi)運(yùn)輸貨物以檸檬為例，檸檬平均直徑為54 mm，每層43個(gè)，共6層，按圖1排列分布。

1.2 數(shù)學(xué)模型

為方便數(shù)學(xué)模型的建立和計(jì)算，對(duì)蓄冷保溫過(guò)程進(jìn)行了必要的假設(shè)：空氣為不可壓縮流體，采用boussinesq假設(shè)，空氣熱膨脹系數(shù)取0.003 67；檸檬物性參數(shù)為常數(shù)；忽略檸檬單體之間和檸檬與箱體之間的接觸、輻射傳熱；箱體完全密閉，無(wú)漏氣現(xiàn)象。同時(shí)做了以下簡(jiǎn)化：對(duì)蓄冷劑相變過(guò)程采用等效熱容法[17]；對(duì)環(huán)形熱管視為固體域采用當(dāng)量導(dǎo)熱系數(shù)代替[18]。相關(guān)物性參數(shù)見(jiàn)表1。

1蓄冷板；2保溫箱體；3箱蓋；4隔板；5環(huán)形熱管。

1）對(duì)于瞬態(tài)、不可壓縮流體的空氣區(qū)域，利用平均雷諾數(shù)納維–斯托克斯方程[19]進(jìn)行求解，連續(xù)性方程、動(dòng)量方程、能量方程分別為：

2）對(duì)于固體計(jì)算區(qū)域，控制方程為：

由于檸檬內(nèi)部熱源有自身呼吸熱和蒸騰熱，源項(xiàng)e不為0，需將其作為內(nèi)部熱源加載到檸檬區(qū)域?qū)嵛⒎址匠讨校?/p>

1.3 網(wǎng)格劃分

采用fluent meshing對(duì)環(huán)形熱管蓄冷保溫箱劃分網(wǎng)格，圖2所示是以4環(huán)管模型為例的網(wǎng)格劃分結(jié)果。模型計(jì)算域從外向內(nèi)分為box、air1、heat pipe、ice gel、air2和lemon，模型采用poly類(lèi)型網(wǎng)格自動(dòng)劃分方式，檸檬和邊界之間、檸檬單體之間留有空隙以保證網(wǎng)格的質(zhì)量可以用于計(jì)算[20]，空氣域用aspect–ratio方式對(duì)邊界層加密。通過(guò)對(duì)4種模型的網(wǎng)格進(jìn)行獨(dú)立性檢驗(yàn)，最終確定4種模型網(wǎng)格數(shù)量分別為55.8萬(wàn)、171.5萬(wàn)、202.3萬(wàn)、283.1萬(wàn)，且Orthogonal Quality網(wǎng)格質(zhì)量檢查最小值均為0.3，滿足fluent計(jì)算的網(wǎng)格質(zhì)量要求。

圖2 模型網(wǎng)格示意圖

1.4 求解設(shè)置及邊界條件

根據(jù)蓄冷保溫實(shí)驗(yàn)條件設(shè)置邊界條件：=0平面上的邊界為對(duì)稱(chēng)邊界，邊界溫度根據(jù)實(shí)驗(yàn)測(cè)得環(huán)境平均溫度為20.5 ℃，包裝箱外邊界條件為自然對(duì)流換熱邊界，根據(jù)自然對(duì)流強(qiáng)度范圍[21]取為15 W/(m2·K)；其他內(nèi)部邊界均為耦合邊界條件；模擬方法采用壓力與速度耦合方法中的simple算法；動(dòng)量、能量、湍動(dòng)能、擴(kuò)散率的離散格式為二階迎風(fēng)格式；松弛因子調(diào)小為0.2，其余保持默認(rèn)設(shè)置進(jìn)行計(jì)算。初始條件根據(jù)實(shí)驗(yàn)條件設(shè)定。相關(guān)材料的物性參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 物性參數(shù)

Tab.1 Physical parameters

2 驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)

檸檬采摘后在冷鏈條件下運(yùn)送至實(shí)驗(yàn)室,對(duì)檸檬預(yù)冷處理至5℃準(zhǔn)備蓄冷保溫實(shí)驗(yàn)。以聚氨酯真空絕熱復(fù)合板為材料的保溫箱體為基礎(chǔ)，搭建了蓄冷保溫試驗(yàn)平臺(tái)（見(jiàn)圖3a）。將完全凍結(jié)的4塊相變蓄冷板（單塊蓄冷板含蓄冷劑1 kg）放入環(huán)形熱管蓄冷保溫箱；取40 kg檸檬均分為2份別放入蓄冷保溫箱的2個(gè)腔，同時(shí)對(duì)保溫箱內(nèi)的檸檬布置溫度傳感器，由于模型關(guān)于、軸對(duì)稱(chēng)，則只需對(duì)1/4模型布置測(cè)點(diǎn)，其中檸檬果心溫度9個(gè)測(cè)點(diǎn)是根據(jù)如圖3d所示的位置進(jìn)行布置的，測(cè)點(diǎn)布置按照近蓄冷板的檸檬取3個(gè)測(cè)點(diǎn)，同理遠(yuǎn)蓄冷板及中間各取3個(gè)測(cè)點(diǎn)，由于實(shí)際的檸檬排布是無(wú)規(guī)則，以臨近位置進(jìn)行表示。

圖3 實(shí)驗(yàn)臺(tái)及溫度測(cè)點(diǎn)示意圖

實(shí)驗(yàn)儀器如下。

1）溫度傳感器：采用日本千野公司生產(chǎn)的MR5300防水型溫度傳感器，精度為±1 ℃±1 digit（?5～50 ℃范圍之間內(nèi)：±0.5 ℃±1 digit）。

2）電子稱(chēng)：分辨率為0.001 kg。

3 結(jié)果分析

3.1 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

圖4所示為4環(huán)管蓄冷保溫箱內(nèi)實(shí)驗(yàn)和模擬的果心溫度–時(shí)間變化曲線，由于實(shí)際蓄冷箱中保溫過(guò)程的檸檬初始溫度不均勻、箱體氣密性、保溫過(guò)程出現(xiàn)冷凝現(xiàn)象等因素會(huì)嚴(yán)重影響潛熱釋冷階段，文中將實(shí)驗(yàn)和模擬的平均溫度–時(shí)間曲線的拐點(diǎn)作為基點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，因此檸檬的保溫過(guò)程大致可以分為2個(gè)階段，以潛熱為主的釋冷階段和顯熱釋冷階段；這樣處理的原因是：一是保溫釋冷階段因蓄冷劑溫度低，上述影響因素都存在且較為嚴(yán)重；二是蓄冷劑釋冷過(guò)程的潛熱釋冷結(jié)束點(diǎn)是很明顯的，從而使檸檬的溫升曲線也存在較為明顯的拐點(diǎn)，如圖4中的EX–1，臨近蓄冷劑的檸檬溫度測(cè)點(diǎn)曲線。圖4中平均數(shù)據(jù)為對(duì)應(yīng)9個(gè)測(cè)點(diǎn)的平均值，實(shí)驗(yàn)環(huán)境溫度平均氣溫為20.5 ℃。

圖4 實(shí)驗(yàn)和模擬果心溫度隨時(shí)間的變化曲線

從圖4中可以看到潛熱釋冷階段中，模擬結(jié)果比實(shí)驗(yàn)結(jié)果的保溫時(shí)間更長(zhǎng)（即0 h前），這是由于模擬中忽略了上述相關(guān)影響因素而造成的，也能反映出這些因素對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響程度。根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)[4]規(guī)定檸檬運(yùn)輸過(guò)程的控溫要求應(yīng)低于15 ℃，圖中以15 ℃為標(biāo)準(zhǔn)判斷蓄冷結(jié)束時(shí)間，由圖可知，溫升曲線整體趨勢(shì)都是一致的，剛開(kāi)始出現(xiàn)的溫度先降后升是因?yàn)樾罾鋭┡c檸檬的溫差較大，傳熱較快。隨后果心溫度曲線在39 h左右的時(shí)候出現(xiàn)拐點(diǎn)，39 h之后溫升斜率開(kāi)始增大，是蓄冷劑相變結(jié)束，釋冷量突減所致，后溫升斜率隨溫差逐漸減小。由于測(cè)點(diǎn)位置1靠近蓄冷劑，39 h到48 h的這段時(shí)間出現(xiàn)的拐點(diǎn)較為明顯。

圖5所示是模擬相對(duì)實(shí)驗(yàn)的絕對(duì)溫度誤差隨時(shí)間變化曲線，雖然前期的模擬過(guò)程在時(shí)間上有差異，但其模擬和實(shí)驗(yàn)的最大誤差值為1.22 ℃，而在潛熱釋冷結(jié)束以后最大誤差值為0.8 ℃，由此說(shuō)明數(shù)值模擬的結(jié)果具有較高的可靠性。

圖5 絕對(duì)溫度誤差隨時(shí)間的變化曲線

3.2 溫度場(chǎng)及其均勻性分析

文中根據(jù)驗(yàn)證后的模型探究了0、2、4、6層環(huán)形熱管對(duì)保溫箱溫度分布的影響。圖6給出了不同環(huán)形熱管檸檬的平均溫度隨時(shí)間的變化，由圖可知，所有曲線的整體趨勢(shì)均符合以上討論的2個(gè)階段，不同的是：隨著環(huán)管層數(shù)的增加，蓄冷板熱量傳遞速度加快，曲線拐點(diǎn)出現(xiàn)時(shí)間提前，同時(shí)到達(dá)15 ℃所用的時(shí)間也相應(yīng)略有減少。測(cè)點(diǎn)中溫度達(dá)到15 ℃所用的時(shí)間（即有效保溫時(shí)間）分別為66、66、64、62 h。隨著管層數(shù)的增加潛熱釋冷階段的時(shí)間逐漸減小，0、2、4、6層環(huán)管蓄冷保溫箱相變結(jié)束的時(shí)間分別70、48、39、26 h。

為了分析蓄冷箱中檸檬的溫度分布特性，引入絕對(duì)不均勻度和溫度極差，和的大小表示測(cè)點(diǎn)溫度的不均勻程度，其值越大溫度場(chǎng)的不均勻程度也越大[1]，計(jì)算式為：

圖6 4種保溫箱中檸檬平均溫度隨時(shí)間變化曲線

式中：max、min分別為同一時(shí)刻、檸檬的最高溫度與最低溫度，℃。

根據(jù)以上分析，分別選取潛熱穩(wěn)定釋冷階段的12 h時(shí)刻以及顯熱釋冷階段的60 h時(shí)刻的斷面進(jìn)行溫度場(chǎng)分析。圖7給出了12 h和60 h時(shí)4種環(huán)形熱管蓄冷箱內(nèi)檸檬三個(gè)斷面的檸檬溫度分布情況。在12 h時(shí)，每一斷面的溫度分布趨勢(shì)基本一致：水平方向，斷面1、2的溫度沿蓄冷板位置至箱體方向梯度增大；圖7中12–0中斷面3主要受模型空隙自然對(duì)流和鋁隔板強(qiáng)化換熱的影響，與加環(huán)管的溫度分布大致相同，溫度呈現(xiàn)四周低，中間較高的分布；垂直方向，溫度從底部到頂部梯度增加分布；在60 h時(shí)，加環(huán)管與無(wú)環(huán)管的溫度分布區(qū)別較大，無(wú)環(huán)管的溫度分布與第一階段基本保持一致；2、4、6環(huán)管的各斷面溫度分布受熱管的影響，溫度呈現(xiàn)中間向四周梯度增加的環(huán)形分布。但隨著環(huán)管層數(shù)的增加，水平方向和垂直方向上的溫度最大值與溫度梯度值逐漸減小。

表2所示為圖7各斷面的溫度范圍以及溫度極差。結(jié)合溫度分布可以得到各斷面內(nèi)的溫差較小，而斷面之間的溫差較大；環(huán)形熱管數(shù)量越多，箱體內(nèi)溫度梯度越小，溫度分布越均勻；12 h，0環(huán)管的溫度極差為5.55 ℃，6環(huán)管的溫度極差為3.12 ℃；60 h，0環(huán)管的溫度極差為8.32 ℃，6環(huán)管的溫度極差為2.98 ℃；且溫度極大值點(diǎn)出現(xiàn)在頂部和遠(yuǎn)蓄冷板側(cè)的底部。

圖7 4種保溫箱12 h和60 h的溫度分布

注：圖號(hào)及下標(biāo)表示，例12–0，12表示時(shí)間為12 h，0表示模型環(huán)形熱管數(shù)，下同。

表2 不同斷面檸檬的溫度范圍/℃

Tab.2 Temperature range of different sections of lemon ℃

圖8給出了不同環(huán)管數(shù)量不均勻度隨時(shí)間的變化情況。不均勻度總體呈現(xiàn)先上升再趨于平緩后下降的趨勢(shì)，隨著環(huán)管層數(shù)的增加絕對(duì)不均勻度逐漸減小，12–0為2.02，12–2為1.77，12–4為1.50，12–6為1.48；60–0為1.71，60–2為1.13，60–4為0.83，60–6為0.63；數(shù)據(jù)表明仿真結(jié)果的不均勻度整體要大于實(shí)驗(yàn)值，這是由于在實(shí)驗(yàn)中，初始溫度極差較大，釋冷過(guò)程正好起到減小初始不均勻度的作用；其次蓄冷劑釋冷的過(guò)程中蓄冷板之間、熱管與蓄冷板之間、箱體保溫板之間存在縫隙，有利于對(duì)流換熱。

圖8 不均勻度隨時(shí)間的變化

以上結(jié)果匯總得到表3，數(shù)據(jù)表明環(huán)形熱管對(duì)于改善保溫箱內(nèi)溫度分布有著明顯的效果，當(dāng)環(huán)形熱管超過(guò)4層時(shí)，箱體內(nèi)的最大溫差以及不均勻度變化不大，因此可以認(rèn)為較優(yōu)的熱管數(shù)量為4層左右；其相對(duì)無(wú)環(huán)形熱管，有效保溫時(shí)間減少3.03%，12、60 h的不均勻度分別減小25.74%、51.46%，溫度極差分別減小33.69%、61.06%。

3.3 流場(chǎng)分析

蓄冷保溫箱的溫度分布與流場(chǎng)分布密切相關(guān)，圖9a、b分別給出了12 h，無(wú)環(huán)管與4層環(huán)管的局部氣流分布圖。從圖9中可以看到加不加環(huán)形熱管，air1區(qū)域都會(huì)出現(xiàn)環(huán)流現(xiàn)象，加熱管之后會(huì)將環(huán)流分成幾個(gè)部分，最大的區(qū)別在于環(huán)流中最大氣流速度的位置和大小不同，無(wú)環(huán)管模型的最大氣流速度在箱體壁面?zhèn)鹊撞?，?.026 m/s左右；而4環(huán)管模型的最大氣流速度出現(xiàn)在環(huán)管下部隔板側(cè)，約為0.02 m/s。其主要原因是加環(huán)形熱管之后，最大溫差的位置從箱體避面附近轉(zhuǎn)到環(huán)形熱管附近，因此自然對(duì)流最大速度的位置為這兩處。

文中在最優(yōu)環(huán)管數(shù)量的基礎(chǔ)上，探究未滿載時(shí)頂層空隙對(duì)蓄冷箱內(nèi)部氣流分布和溫度特性的影響。圖10給出了12 h，蓄冷箱體斷面4的氣流分布圖。圖10a是未滿載情況，在保溫過(guò)程中，頂層留出的空隙出現(xiàn)環(huán)流現(xiàn)象，圖10b表明滿載情況，與圖10a相比，除頂部環(huán)流外，其他氣流分布大致相同。數(shù)據(jù)結(jié)果顯示頂層空隙模型的有效蓄冷保溫時(shí)間為63 h比不留空隙的情況縮短1個(gè)小時(shí)左右；極差60為3.34，不均勻度60為1.55，較前者分別增大3.09%和3.33%。

表3 4種保溫箱的指標(biāo)參數(shù)匯總

Tab.3 Summary of indicators in 4 incubators

圖9 無(wú)環(huán)管和4層環(huán)管的局部氣流速度分布對(duì)比

圖10 4層環(huán)管保溫箱滿載與未滿載的氣流速度分布圖

根據(jù)以上分析及數(shù)據(jù)，頂部空隙出現(xiàn)的環(huán)流現(xiàn)象使得溫度極大值點(diǎn)的出現(xiàn)提前，從而減少了有效保溫時(shí)間，也一定幅度地增大了溫度極差和溫度不均勻度。

4 結(jié)語(yǔ)

文中對(duì)提出的環(huán)形熱管蓄冷保溫箱4層模型進(jìn)行了數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，兩者偏差在1.25 ℃左右，說(shuō)明所建立的模型適用于該蓄冷保溫箱的數(shù)值計(jì)算；當(dāng)環(huán)形熱管層數(shù)超過(guò)4層時(shí)，不均勻度和溫度極差變化不大，故最佳環(huán)形熱管數(shù)量在4層左右；根據(jù)研究結(jié)果，建議蓄冷保溫箱滿載運(yùn)輸，或增加墊紙?zhí)畛渖喜靠臻g。

文中的研究還存在一定的局限性，所得結(jié)論只針對(duì)所研究的保溫箱體，對(duì)箱體結(jié)構(gòu)變化（尺寸、形狀等因素）的影響沒(méi)有深入探究，對(duì)某些現(xiàn)象的研究深度與廣度還存在不足。在下一步的研究中，需考慮環(huán)管層數(shù)與箱體結(jié)構(gòu)的綜合影響，以得出普適性的結(jié)論；從理論上分析局部環(huán)流的影響，細(xì)化蓄冷板側(cè)和空氣測(cè)環(huán)管的間距，考慮環(huán)管非水平放置或者頂部增加蓄冷板等措施進(jìn)一步優(yōu)化溫度分布。

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Simulation Optimization and Experimental Study on Cold Storage Incubator with Annular Heat Pipe

HU Shi-fa1,2,WANG Da1,YANG Xiang-zheng1,JIA Lian-wen1,XU Shuang-xi1,2

(1. Jinan Fruit Research Institute, All China Federation of Supply & Marketing Cooperatives, Jinan 250204, China; 2. Tianjin University of Commerce, Tianjin 300134, China)

The work aims to solve the problems of large temperature fluctuation and poor uniformity in the cold storage chain transportation. A scheme of optimizing the uniformity of temperature field in the incubator through annular heat pipe was proposed. With lemon as experimental material, FLUENT simulation software was used to stimulate the heat preservation process of lemon with annular heat pipes of different structures, and the model of 4-layer annular heat pipe was verified experimentally to determine the temperature distribution in the incubator. The annular heat pipe obviously improved the uniformity of temperature field. Compared with the cold storage incubator without annular heat pipe, at the end of the cold storage insulation process, the non-uniformity of incubator with 4-layer annular heat pipe was reduced from 1.71 to 0.83, decreasing by 51.46%, and the temperature range was reduced from 8.32 ℃ to 3.24 ℃, decreasing by 61.06%. In addition, there would be circulation in the gap at the top of incubator, reducing the incubator holding time and increasing the temperature range and temperature non-uniformity to a certain extent. The temperature deviation between experimental and simulation results is within 1.25 ℃, indicating that the model is suitable for the numerical simulation of the cold storage incubator. For the proposed incubator structure, the optimal layer of annular heat pipes is about 4. The results provide a reference for optimizing the temperature distribution of cold storage incubator.

cold storage incubator; temperature uniformity; annular heat pipe; numerical simulation

TS206.5

A

1001-3563(2022)23-0216-09

10.19554/j.cnki.1001-3563.2022.23.026

2022?01?05

廣東省重點(diǎn)領(lǐng)域研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目（2019B020222001）

胡時(shí)發(fā)（1995—），男，碩士生，主攻食品冷鏈技術(shù)。

王達(dá)（1991—），男，博士，副研究員，主要研究農(nóng)產(chǎn)品采后保鮮貯藏技術(shù)與冷鏈裝備開(kāi)發(fā)。

責(zé)任編輯：曾鈺嬋