气调冷藏车风幕的形式与隔热效果模拟研究【毕业论文】.doc

1、毕业论文 - 本科 毕业论文 (设计 ) 题 目： 气调冷藏车风幕的形式与隔热效果模拟研究 学 院： 学生姓名： 专 业： 建筑环境与设备工程 班 级： 指导教师： 起 止 日期： 毕业论文 - 目 录 摘要 . I 前言 .1 第一章 绪论 .2 1.1 研究的背景与意义 .2 1.2 气调冷藏车的技术简介 .2 1.3 国内外气调冷藏车的研究概况 .4 1.4 气调冷藏车的前景展望 .6 1.5 本论文的研究思路 .7 1.6 本论文的技术路线 .10 第二章 气调冷藏车风幕优化方案 .12 2.1 采用风幕减小内外气体热质交换的研究 .12 2.2 采用上下对吹风形式的风幕增强隔热效果的

2、研究 .24 2.3 采用双层风幕减小传热系数的研究 .42 第三章 总结 .54 3.1 研究结论 .54 3.2 创新点 .55 3.3 不足之处 .55 参考文献 .56 致 谢 .60 毕业论文 - 气调冷藏车风幕的形式与隔热效果模拟研究 摘 要 为了满足不同地点的人们对冷藏食品的大量需求，一台气调冷藏车的使用过程中，往往需要进行多次的装卸货物，致使在车门频繁开启的过程中，冷量大量流失。而在车门处设置风幕系统可以保证车厢内的食品处于一个较为稳定的低温环境。本文以一台气调冷藏集装箱为研究对象，利用 计算流体力学（ Computational Fluid Dynamics，以下简称为 CF

3、D）软件 模拟了风幕在不同的温度、速度、结构形式情况下，车厢内部与外界环境温度场的三维流动与换热，通过不同设计方案之间的比较和分析，在气调冷藏车车门处设置合理有效的风幕形式，有效减小了气调冷藏车在卸货过程中由于开门造成的冷量损失，从而优化了气调冷藏车风幕的隔热效果。 关键词 气调冷藏车；风幕； CFD；三维；温度场； 毕业论文 - Study on thermal insulation performance of CA refrigerated vehicle affected by the form of air curtain Abstract In order to meet peop

4、les urgent need of the chilled food in different place, a CA refrigerated vehicle will undergo many loading and unloading during its use, and it many result in lossing of refrigeration capacity when the door is open. While a air curtain system can ensure the chilled food will remain in a steadier lo

5、w-temperature environment. The text study of a CA refrigerated container, using computational fluid dynamics (Computational Fluid Dynamics, hereinafter referred to as the CFD) software, research the air curtain in different conditions, the flow and heat transfer in the interior of the car. By compar

6、ison analysis in different design solutions, the text provide a well-designed air curtain system which the loss of refrigeration capacity can be reduced by this method, thus to make optimization design for the air curtain in the CA refrigerated vehicle . Key Words CA refrigerated vehicle; air curtai

7、n; CFD; 3D; temperature field 毕业论文 - 前言 目前 ， 我国冷链物流供应的特点是 ： 客户需求量小 、 供应点多 且分散。与此同时，我国气调冷藏车行业存在的问题主要有 ： 数量少 、 品种少、 气调 冷藏车占货运汽车的比例少。中小型气调冷藏车更是我国冷链运输环节中的薄弱环节，技术相对不成熟。由于冷链物流的这些特点导致了气调冷藏车在一次运输的过程中，车门需要频繁开启 ， 虽然每次开启时间仅为 1-2min， 但仍会造成大量的能量损失，引起气调冷藏车车厢内温度的剧烈波动 ，致使 食品品质难以得到保障。 为了解决这些问题 ，目前 普遍采用的方法是在车门处安装塑料门帘

8、 ， 但这样做的缺点就是会造成装卸货物时的通过率较差，引起工作人员的不便 ， 而且塑料在温度较低 的环境下会硬化，对工作人员造成伤害。 风幕是利用空气射流形成幕状分布而减少或隔绝外部气流侵入的有效隔热措施，它具有无色透明、不遮视线、工作稳定可靠等优点，因而在许多大型超市和商场得到广泛应用。 风幕在冷藏车上的应用在国外已很常见，许多学者对带有风幕的冷藏车进行了试验研究，结果表明具有明显的节能效果。而目前在国内的气调冷藏车上使用风幕的研究少之又少，针对气调冷藏车风幕的隔热效果与结果形式进行的研究更为罕见。因此本文通过采用 CFD模拟技术， 分析确定了风幕的最佳出风温度、风速、吹风形式，以此达到稳定

9、车厢内部低温环境， 优化风幕隔热效果的目的。 毕业论文 - 第一章 绪论 1.1 研究的背景与意义 随着我国经济的急速发展和人们生活水平的不断提高 ， 消费者对冷冻冷藏食品的需求量越来越大，对其品质的要求也越来越高。 目前 ，我国肉类食品年产量为 7000万吨，并以每年 6%左右的速度增长；水产品产量 5000万吨，每年以 7%的速度递增；速冻食品年产量超过 1200万吨，每年增幅为 15%；乳品产量 800万吨，每年以 25%的速度递增；冷饮类产品的年产量为 200多万吨，产量以每年 9%左右的速度递增。然而，由于冷藏运输率不高，这些总量超过 1500亿吨的冷藏食品 在运输过程中造成的损失约

10、等于 GDP增长额的两个百分点 1。在 此背景下，为了保证食品及时、充足、优质地供应给消费者，需要建立一条包括生产、贮藏、运输、销售等环节在内的完整的冷链，相关技术和设备也急需完善。 总体来说 ，国内在冷链 两端 的产业 已经 形成了一定的 规模 ， 而处于 两端 之间 的冷藏运输环节却 发展缓慢 。 无论 在数量上 或 质量上都不能满足当前 食品冷藏产业的需求 ， 主要问题 表现在冷藏 运输工具 种类单一 、 运输 技术 相对 滞后等方面 2。 冷藏车是目前应用最 为 广泛的冷藏运输工具之一 ， 从 最初 的向国外 直接进口 ， 到 后来的 引进国外 先进 技术 ， 我国冷藏车仍处于较低的发

11、展水平 3。 同时 气调冷藏保鲜 也 是目前国际上 应用 最 为广泛 、 技术手段 最先进 、贮藏 效果最 佳 的保鲜技术之一 4，气调贮藏是在冷藏的基础上，对保鲜技术上又一个创新，具有冷藏和气调的双重作用。 气调贮藏已成为工业发达国家 食品 保鲜的重要手段 ， 但我国气调保鲜技术的研究和应用起步较晚 5。 而气调冷藏车相关技术的落后，正是导致冷藏运输率不高的重要原因之一。 因此，对气调冷藏车风幕的隔热效果与结构形式进行研究，有利于引导我国气调冷藏车产业的健康发展，对气调冷藏技术、食品安全以及食品冷链物流等方面提供 了十分重要的现实借鉴与参考价值。 1.2 气调冷藏车的技术简介 1.2.1 气

12、调冷藏技术 毕业论文 - 气调一词 源自 英文 Controlled Atmosphere Storage6， 是指在特定气体 成分 中的 一种冷藏方法。 基本原理是：在一个气密性较好的贮藏环境里，为了 减少 营养成分的流失 ，延长 食品 保鲜期 ， 达到抑制呼吸 作用的 强度 、 延缓衰老和 腐烂 变质过程的目的 ，通过改变氧气、氮气、乙烯、二氧化碳等气体的比例，将其控制在一定的浓度范围内 7-11。 采用气调冷藏技术一般有以下几个优点：（ 1）保鲜效果好，抑制成熟过程；（ 2）提高 贮藏温度，降低低温伤害；（ 3）延长贮藏时间，减少食品干耗；（ 4）气体调节灵活，贮藏对象丰富；（ 5）气体

13、成分安全，不含化学药物 12-13。 1.2.2 气调冷藏车的基本原理 1 制氮机组 2 制冷机组 3 风机 4 加湿机 5 风道 6 密封门 7 动力设备 8 设备维护门 图 1 气调冷藏车的结构简图 气调冷藏车不仅具有冷藏保温的功能，还有自动调节车厢内气调成分、湿度、灭菌防腐的功能，实际上就是由原有的制冷系统上，加上气体调节系统。基本原理是将压缩气体通过氮气发生器、二氧化碳脱除机、乙烯脱除机等装置 14进行氮氧分离，在向车厢内充氮的同时，利用制冷系统和加湿系统调整到运输食品所需要的温湿度，并将车内原有的气体抽出，排出车厢，以维持车厢内的食品始终处于一个恒温恒湿的低氧化状态15-16，从而达

14、到运输过程中保持食品新鲜度的目的。其工作流程图如图 2 所示。 毕业论文 - 图 2 气调冷藏车的工作流程图 1.3 国内外气调冷藏车的研究概况 冷藏车已成为国际上一些发达国家的主要冷藏运输工具，在中、短距离的冷藏运输过程中，冷藏车更是发挥了主体作用，仅以美国为例，冷藏运输率就高达 80%- 90%17。从 上世纪 五十 年代 后期 ，我国的冷藏运输事业逐渐 发展起来的 ， 外贸部门为肉食出口 ，将苏联的 “ 吉尔 ” 载货汽车改装为保温汽车 ；在六十 年代 初期的冷藏车则是由国产解放牌汽车改装的 ；步入七十年代后，开始向 意大利 、 日本等国进口 冷藏车 ；直到 1982年我国颁布 “ 食品

15、卫生法 ”，这才开始 推动了 食品冷链物流 和 气调 冷藏车的发展 18。 近年来，气调冷藏方面的研究受到了普遍关注，其应用也日益广泛。目前，国内外学者在气调冷藏技术对 食品保鲜 、气调冷藏的数值模拟及气调冷藏设备应用等方面做了大量的实验研究。 1.3.1 气调冷藏车食品保鲜的实验研究 果蔬贮藏已 逐渐由单一冷藏向气调冷藏发 展，气 调 冷藏技术 已成为 国际上 果蔬保鲜的 一项 重要手段 19，众多学者对各种不同品种的果蔬气调冷藏应用 开展了一系列研究 ，为实际生产 、贮藏、运输和销售 提供 了参考数据。 Bertolini P等 20研究表明 ，在氧气浓度为 1.5%、二氧化碳浓度为 0.

16、8%的条件下，可以一直梨的表面病斑、果心褐变，保证梨的新鲜品质； Menniti AM等 21通过研究，证明了 甘蓝 的最佳 气调 冷藏条件为：氧气浓度 3% 、二氧化碳浓度 5 %； Ozer M H等 22研究表明 ， 在 氧气浓度为 5 %、二氧化碳浓度 5 %或 2 %的环境 中 ， 猕猴桃 可以贮藏 6个月 ；田世平 23等探讨了冬雪蜜桃在普通冷藏、自发性气调和气调贮藏条件下果实酶活性变化与褐变的反应，得出了在气调贮藏条件下蜜桃的果实硬度和可滴定酸含量较高的结论；李文生 24等介绍了利用气调箱保鲜樱桃的方法，通过实验发现用气调保鲜方法保鲜樱桃的好果率达到 96.2%；王政奇 25通过

17、实验，确定了枇杷气调冷藏条件下的最佳湿度为毕业论文 - 90%-95%，氧气含量为 4%-5%，二氧化碳浓度为 5%-6%；熊彬 26等对具有一定规模商品话的龙眼采取气调冷藏技术，证明了气调冷藏技术具 有明显的保鲜效果，龙眼保鲜期可达 49天以上；杨宏顺 27等人以嫩茎花椰菜为例，研究了在冷藏和限制性气调的条件对贮藏中维生素 C、叶绿素 a、叶绿素 b、好果率和硬度的影响，得出温度对贮藏的影响大于气调作用，延长贮藏期的关键所在是抑制花蕾开发和黄花。 除了果蔬类食品外，国内外学者还对肉类、水产品等做了大量的实验研究，为提高食品安全质量作出了贡献。 Nort je28等 研究了高氧气调保鲜包装对牛

18、肉成熟处理的微生物学和储藏特性的影 响 ； Slade 29把 耶尔森 氏菌、 菌气单胞菌 、 沙门 氏 菌接种至 鳕鱼中，并 将其 储存 在 0 、 二氧化碳浓度 60% 氮气浓度 40%的条件下 ， 研究了这些细菌的动态变化 ；龚婷 30等人对草鱼片进行减菌处理，观察微生物的变化，发现用柠檬酸处理后的气调包装鱼片在冰温贮藏时货架期明显延长；李来好 31等通过研究罗非鱼片贮藏过程中肌肉弹性、气味、色差值等指标变化，得出冰温与气调包装在贮藏过程中起到协调保鲜的作用的结论；吕峰 32等人结合冰温贮藏，研究了不同气调比例包装对牛肉保鲜的影响，研究结果表明最佳的气调比例成分为氧气 10%、二氧化碳

19、70%、氮气 20%；梁美艳 33等研究了气调保藏技术对南美白对虾保 鲜效果的影响，实验表明保鲜效果最好的比例为二氧化碳 75%、氮气 20%、氧气 5%。 1.3.2 基于 CFD 软件的气调冷藏车数值模拟 利用 CFD 软件能够直观、清晰地了解气调冷藏技术应用的效果，通过分析比较不同方案的温度场、浓度场、速度场，可以得出最优的气调冷藏的应用形式，因此许多学者在气调冷藏技术方面做了大量的数值模拟。 谢晶 34等对多温区冷藏车的热负荷计算进行研究，寻求出了冷藏车负荷计算的合适方式，认为由车厢外表面面积、传热系数、开门次数及内外温差的乘积来计算冷藏车热负荷的公式是合理的；刘敬辉 35等人 通过

20、CFD 软件分析了风幕在开门时对冷藏车的保温性能的影响，通过与不设风幕的冷藏车进行比较，发现有风幕的车厢内的平均温度上升速率明显降低；张娅妮 36等用 CFD 对 3 种不同货物装载间隙下厢内速度场和温度场的分布进行比较，发现货物与车体侧壁之间的间隙能有效减少外界热环境的影响 ;陈焕新37等计算了运输过程中冷冻货物的动态温度场，表明车体壁处货物温度最高且温度升高毕业论文 - 最快，货物顶端和中部温度最低且温度升高地慢，对提高冷藏运输货物的质量具有重要的意义；张哲 38等人以冷藏车为研究对象，建立了其内部气流组织的数学模型 ，分析了各项因素对气流的影响；王以忠 39等应用 CFD 软件对加入货物

21、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、货物区、中心区等处的温湿度分布情况，为监测与控制车内环境提供依据；刘广海 40等人运用热平衡法为研究手段，用 B23 型机械冷藏车进行数值模拟，再将结果和 B10B型机械冷藏车进行对比，为冷藏车热状况的整体评价和优化控制提供了参考依据。 1.3.3 气调冷藏车的设备研究 气调冷藏车的设备种类形式繁多，如制冷设备、气调设备、动力设备、智能控制设备以及隔热保温材料等，通过完 善设备的性能和效率可以是气调冷藏车达到较高的运输率的目的，因此，在气调冷藏设备方面的研究也较为丰富。 在对各种制冷系统分析比较后，石蕾 41提出了 23

22、 吨轴重铁路冷藏车制冷系统的技术方案，当车体外形、转向架及温控要求相同时，采用机械制冷系统最为经济；许兆棠42等人将太阳能半导体冷藏系统用于冷藏车上，为冷藏车的太阳能半导体冷藏系统的开发提供了基本结构和原理；刘建军 43等人利用智能化监测与控制系统实现了冷库环境参数的模糊控制，有效改善了贮藏食品的质量；李洋 44设计了一个基于物联网技术的智能监控系统， 实现了对冷藏车厢内的温湿度监控和所运货物的智能化识别；蒸发器结霜会增加传热热阻、减少换热量，张哲 45等人建立了机械冷藏车蒸发器结霜的数学模型，获得了各入口空气参数对蒸发器结霜厚度和换热量的影响规律；吕恩利 46等人设计了气调保鲜运输车通风系统试验装置，研究了多项因素对气调保鲜运输车通风系统压力损失及能耗的影响；刘海东 47从保温、气密、设备、保鲜技术等方面提出了气调库的节能减排的途径；刘喜城 48证明了采用 VIP 冷藏板制造的冷藏车比普通冷藏车绝热性能更高、自重更轻、更具经济性的特点。 1.4 气调 冷藏车的前景展望 （ 1） 向小型、微型气调冷藏车方向发展 目前，作为冷链物流中运输环节的主要交通工具 气调冷藏车，主要还是以大型、