冷藏车内温度场和湿度场的数值模拟研究 - 图文

保鲜研究

保鲜与加工

２０１０年５月第３期（第１０卷，总第５８期）

冷藏车内温度场和湿度场的 数值模拟研究

王以忠ｔ，胡春园１，陈绍慧ｚ，张

平２，黄华芳１，黄国全３，刘

旭１

（１．天津科技大学电子信息与自动化学院，天津３００２２２；２．国家农产品保鲜工程技术研究中心（天津）

天津市农产品采后生理与贮藏保鲜重点实验室，天津３００３８４；３．香港大学工业及制造系统工程系，香港） 摘要：应用流体力学（ＣＦＤ）软件Ｆｌｕｅｎｔ，采用｜｜｝《紊流模型和非稳态求解方法，对加入货物冷藏车的温度场和湿度场进行了三维非稳态数值模拟计算．得到了冷藏车蒸发器区、中心区、货物区以及边壁 等处的温湿度分布。冷藏车内流场的数值模拟结果可以为监测与控制冷藏车内的环境提供技术依据。

关键词：冷藏车；温度场；湿度场；计算流体力学 Ｓｔｕｄｙ ｏｎ Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ａｎｄ Ｈｕ

ｍｉｄｉｔｙ Ｆｉｅｌｄｓ ｉｎ ａ

Ｒｅｆｒｉｇｅｒａｔｅｄ Ｖｅｈｉｃｌｅ

ＷＡＮＧ Ｙｉ—ｚｈｏｎｇＩ，ＨＵ Ｃｈｕｎ－ｙｕａｎｌ，ＣＨＥＮ Ｓｈａｏ－ｈｕｉ２，ＺＨＡＮＧ Ｐｉｎ９２，ＨＵＡＮＧ Ｇｕｏ－ｑｕａｎ３，ＬＩＵ Ｘｕｌ （１．Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ａＡｕｔｏｍａｔｉｏｎ，Ｔｉａｎｊｉｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｔｉａｎｊｉｎ ３００２２２， ｎｄ Ｃｈｉｎａ；２．Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｃｅｎｔｅｒ ｆｏｒ Ｐｒｅｓｅｒｖａｔｉｏｎ ｏｆ ＡｇｒＰｒｏｄｕｃｔｓ（Ｔｉａｎｊｉｎ）， ｉｃｕｌｔｕｒａｌ Ｔｉａｎｊｉｎ Ｋｅｙ Ｌａｂ ｏｆ Ｐｏｓｔｈａｒｖｅｓｔ Ｐｈｙｓｉｏｌｏｇｙ ａｎｄ ＳｔｏｒａｇＰｒｏｄｕｃｔ，Ｔｉａｎｊｉｎ ３００３８４，Ｃｈｉｎａ；３．Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆ Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ ｅ ｏｆ ａｎｄ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍｓ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｔｈｅ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｈｏｎｇ Ｋｏｎｇ，ＨＫＳＡＲ，Ｃｈｉｎａ）

ｈｕｍｉｄｉｔｙ ｆｉｅｌｄｓ ｉｎｓｉｄｅ ａ

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｒｅｅ ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ ｎｏｎ—?ｓｔａｂｌｅ ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ｓｉｍｕｌａｔｉｗｅｒｅ ｃｏｎｄｕｃｔｅｄ ｏｎｓ

ｎｄ ｔｓｉｍｕｌａｔｅ ｔｈｅ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ａｏ

ｒｅｆｒｉｇｅｒａｔｅｄ ｖｅｈｉｃｌｅ ｗｉｔｈ ｃａｒｇｏｅｓ．Ｆｌｕｅｎｔ，ａ ｓｏｆｔｗａｒｅ ｆｏｒ Ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌ Ｆｌｕｉｄ Ｄｙｎａｍｉｃｓ（ＣＦＤ） ｗａｆｔ ｕｓｅｄ，ａｎｄ ｔｈｅ ｋ一专ｔｕｒｂｕｌｅｎｔ ｆｌｕｉｄ ｍｏｄｅｌ ｗａｓ ａｄｏｐｔｅｄ ｗｉｔｈ ｕｎｓｔａｂｌｙ ｓｏｌｖｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄ．Ｔｈｅ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｃｈａｒａｃｔｅｒｓ ｏｆ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ａｎｈｕｍｉｄｉｔｙ ｗｅｒｅ ｇｏｔ ａｒｏｕｎｄ ｅｖａｐｏｒａｔｏｒ ａｒｅａ，ｃｅｎｔｅｒ ａｒｅａ，ｃａｒｇａｎｄ ｄ ｗａｌｌ，ｅｔｃ．Ｔｈｅ ｎｕｍｅｒｉｏ ａｒｅａ ｃａｌ ｐｒｏｖｉｄｅ ｔｅｃｈｎｉｃａｌ ｓｕｐｐｏｒｔｓ ｆｏｒ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ａｎｄ ｃｏｎｔｒｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｒｅｓｕｌｔｓ ｏｆ ｆｌｕｉｄ ｆｉｅｌｄ ｉｎ ａ ｒｅｆｒｉｇｅｒａｔｅｄ ｖｅｈｉｃｌｅ Ｃａｎ ｏｌｌｉｎｇ ｔｈｅ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ ｉｎｓｉｄｅ Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｒｅｆｒｉｇｅｒａｔｅｄ ｖｅｈｉｃｌｅ；ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｆｉｅｌｄ；ｈｕｍｉｄｉｔｙ ｆｉｌｅｄ；ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌ ｆｌｕｉｄ ａ ｒｅｆｒｉｇｅｒａｔｅｄ ｖｅｈｉｃｌｅ． ｄｙｎａｍｉｃｓ（ＣＦＤ）

中图分类号：１５２０５．７

文献标识码：Ａ

级、包装、运输、贮藏等过程中极易造成大量腐烂”。为 了保持果蔬的优良品质，必须在贮藏、运输和销售的 一系列过程中实行低温贮藏，形成从生产到销售整个 过程的低温流通体系。在流通体系的各环节中，运输 文章编号：１００９—６２２１（２０１０）０３—００２６—０４我国是农业大国，近年来，农产品产量逐年增长， 形成巨大的农产品物流市场，农产品物流在国民经济 中举足轻重。果蔬是众多农产品中占市场份额较大的 一部分，由于果蔬含水量高，保护组织差，在采收、分

基金项目：天津市科技支撑计划重点项目（０８ＺＣＫＦＮＣ００７００） 作者简介：－Ｖ－１２．Ｌ忠，（１９６３－－），男，汉族，天津人，教授，主要从事数字化测控技术、光电测试技术及仪器教学与研究工作。 ２６ 万方数据

２０１０年第３期

王以忠，等：冷藏车内温度场和湿度场的数值模拟研究

投稿邮箱：ｂｘｙｊｇ＠１６３．ｃｏｒｎ

又是对果蔬品质影响较大的环节之一。公路冷藏运输 是比较常见的一种冷藏运输方式，占冷藏运输总运量

与所建立的物理模型、数学模型以及设置的边界条件 是密切相关的。 １．１物理模型 的３５％左右【ｌｌ。随着公路冷藏运输的进一步发展，方 便灵活的冷藏汽车将在我国冷藏运输中扮演越来越

重要的角色。

果蔬采收后在贮藏、运输等过程中，环境温度和 湿度是影响果蔬品质的两个重要因素。温度过高或过 试验以某冷藏车为研究对象，整体规格为４ ｍ× １．７５ ｍｘｌ．５ ｎｌ。车内用包装箱存放果蔬，果蔬可看作 为多孑Ｌ介质，由于包装箱的存在，果蔬之间风速缓慢， 可近似认为果蔬区风速为０．１ １．２数学模型 １１１／￥［３１。 低都会影响果蔬的正常生命活动，甚至会阻碍正常的 后熟过程，造成生理损伤，以致死亡。如果湿度过高， 微生物的繁殖就会旺盛起来，果蔬容易腐烂；而湿度 建立数学模型的目的是建立反映冷藏车内流场

的基本控制方程和相应的求解条件。冷藏车内的气流 过低，则会造成因干燥而引起的质量下降，不仅使果 蔬失去新鲜饱满的外观，而且降低了对病虫害的抵抗 经进风口进入车厢，从上而下经过货物区，然后回流 至回风口，属于三维空间的湍流方式。三维湍流模型 目前有多种模拟方法，考虑到冷藏车属于高雷诺数的 能力，对长期贮藏十分不利。所以，在果蔬贮藏时要及 时测量和控制温度与湿度变化情况，最大程度地降低 果蔬损害［２１。 冷藏车车厢内温度和湿度的分布是影响其运载 的果蔬状态的两个重要因素。通过对冷藏车内流场分 布的模拟，可以获得其内部的温度场和湿度场的分布 情况，为监测、控制冷藏车内果蔬品质提供理论依据。 目前的相关研究基本上都是冷藏车空间的二维温度 数值模拟，而冷藏车内空间的三维湿度场的模拟尚未 湍流流动，因此采用工程应用最广泛的标准蠡《模型 ＠为湍动能；孝为湍动能的耗散率）阿。在近壁区域，雷 诺数较低，分子粘性影响较大，采用壁面函数法进行 处理。忽略冷藏车内各种管道对流场的影响，并认为 冷藏车内气体不可压缩且符合Ｂｏｕｓｓｉｎｅｐ假设【４】，冷藏 车内流场是经过长时间运行后的稳定状态。综合考虑 以上因素，控制方程的通用形式，为：

ｄｉｖ（ｐＶ‘ｐ）＝ｄｉｖ（Ｆｇｒａｄ妒）＋Ｓ （１） 见报道。笔者应用流体力学（ＣＦＤ）软件Ｆｌｕｅｎｔ，对 加 入货物的冷藏车温度场和湿度场进行了模拟计算，采 用后《紊流模型和非稳态求解方法进行求解，得出了 冷藏车内温度场和湿度场的分布特点。 ５＿一与舻相对应的广义源项。 根据控制方程的通用形式，可以得出＿ｊ｝《模型的 Ｘ、ｙ、ｚ方向动量方程及能量方程、能量耗散方程。各 方程不同对应关系如表１所示［３１。 １．３边界条件 由于在贴近壁面的粘性底层中，紊流Ｒｅ数很 卜与ｐ相对应的广义扩散系数；

１模型的建立

合理的物理模型和数学模型是数值模拟的前提 条件。Ｆｌｕｅｎｔ具有从不可压到可压、层流、湍流等很大 拟 范围的模拟能力。Ｆｌｕｅｎｔ对冷藏车温度与湿度的模低，故基于壁面函数法确定模型边界条件： 表１各控制方程变量、扩散系数及源项方程

入口平均送风温度取０℃，平均送风速度取１＿５ ｍ树。由 于ｋ和ｆ难以测量或计算，采用紊流强度和特性规格

来定义紊流，紊流强度设为５％，水力直径为０．４３

（１）人Ｅｌ边界：人口边界采用速度入口边界条件。 （２）出口边界：出口边界采用压力出口条件，出口 压力及温度根据环境值确定。 （３）壁面：壁面各方向速度为０，即按无滑移条件

万

方数据

ｍ问。 处理。式中：棚用变量；