冷藏冷藏集装箱内气体流场分析及优化设计【开题报告】.doc

1、毕业论文开题报告 建筑环境与设备工程 冷藏冷藏集装箱内气体流场分析及优化设计 一、综述本课题国内外研究动态 1、国外冷藏车发展现状分析 欧美国家较早采用冷藏法来保持易腐食品的新鲜度，并逐步建立起食品冷藏链。 20 世纪初， 就开始生产冷藏运输工具。 第二次世界大战前， 铁路运输在易腐货物运输中占主要地位； 20 世纪 50 60 年代冷藏保温汽车和冷藏船舶发展较快； 70 年代以来， 冷藏集装箱发展迅速。国际上通常把易腐货物运输中采用冷藏运输所占的比率称为冷藏运输率， 以此作为衡量冷藏运输发展程度的标志 。欧、美、日等发达国家的冷藏运输率为 80% 90%，前苏联和东欧国家为 50%左右，发展

2、中国家一般只有 10% 20%。 公路冷藏运输的运量占冷藏运输总运量的比例，欧洲发达国家和日本为 60%一 80%，美国近年为 40% 50%，而在易腐货物冷藏运输的周转量中，欧、美、日各国的公路运输所占比率均在 60%以上。可见，发达国家公路运输已逐步取代铁路运输，成为冷藏运输的主要方式，特别是在中距离和短距离冷藏运输中发挥着主体作用。美国运距在 500km 以下的冷藏货物基本都采用公路运输。 冷藏保温车是 专用汽车的重要类型之一。美国冷藏保温汽车保有量约 16 万辆，其中保温汽车约 6 万辆，冷藏保温汽车占全国载货汽车总保有量的 0.8%-1%，另外还拥有冷藏保温挂车和半挂车约 30 万辆

3、，占挂车和半挂车总数的 9%-10%； 日本冷藏保温汽车保有量约 12 万辆，近几年年产量一般为 2 万多辆，其中冷藏汽车占 25% 30%，冷冻汽车占 25%，保温汽车占 40%-50%； 前苏联冷藏保温汽车的保有量约 15 万辆，年产量约 2 万辆，其中冷藏汽车占 40%； 法国有冷藏保温汽车约 3 万辆，还有几千辆 冷藏挂车和半挂车，总计占全国运输汽车总数的 1%； 德国有冷藏保温汽车 3 万 4 万辆，还有冷藏挂车和半挂车几干辆，占全国运输汽车总数的 2%； 英国有冷藏保温汽车 2 万多辆，占货运汽车的 3%。 2、中国冷藏车发展历程 我国公路冷藏运输和冷藏保温汽车是在 20 世纪 5

4、0 年代才发展起来的，至今有 50 来年的历史，大致可分为以下 2 个阶段：第 1 阶段，初期阶段。 20 世纪六七十年代，我国先后从罗马尼亚、匈牙利等东欧国家进口保温车，还从日本、意大利等发达国家进口冷藏车和大型保温车，用于出口易腐食品的公路 运输、各大中城市计划供应的易腐食品运输 (包括调拨性运输和分配性运输等 )。至 1981 年，我国冷藏保温汽车保有量达 3900 多辆，其中冷藏车占 5%左右，几乎全是进口。第 2 阶段，发展阶段。 20 世纪八九十年代至 21 世纪初，随着我国经济体制改革的不断深化，冷藏保温车市场结构也发生了很大的变化。一是冷藏保温汽车原由商业、食品进出口、水产部门

5、的冷库专业运输车队按计划进行运输，转而为按市场需求进行运输；二是冷藏保温车的用户从上述部门的冷库车队发展到副食品商场、超市采购和配货中心、乳制品厂、糕点和保健食品厂等 ，运输的易腐食品也从冷冻肉、禽、水产少量生物制品发展新鲜肉禽、水果、蔬菜、乳制品、糕点等食品以及保健品、鲜花等；三是随着公路建设的发展，公路冷藏运输运量占冷藏运输总运量的比率从 20 世纪的 10%发展到目前的 26%；四是公路冷藏运输中，保鲜货物的增长快于冷冻货物的增长，短途分配性运输的增长快于中、长途调拨运输的增长，因而冷藏车所占比例不断提高，轻型车所占比例也不断提高。 资料显示，我国易腐货物的冷藏运输率仅为 15%-20%

6、，而发达国家为 80%-90%，这与我国人民日益提高的生活水平是极不相称的。加入 WTO 后，随着我国农业产品结构的变化，农产品将由生产粮食作物向发展农副产品过渡，冷藏、保温车的用途越来越广泛，这对冷藏、保温车的发展是一个难得的机遇。 3、中国冷藏车产业现状 (1)、中国冷藏车保有量分析 我国冷藏保温汽车的保有量在迅速发展， 1985 年约 6000 辆， 1990 年约 1 万辆，1995 年约 1 万 5000 辆。目前国内冷藏保温车的保有量约有 40000 辆，但是与美国、日本等发达国家相比，明显不足。上世纪 90 年代初期，美国冷藏汽车的保有量为 16万辆，日本达 12 万辆。目前国内

7、大量需 要冷藏运输的货物还是靠普通车辆运输，所以冷藏保温车市场发展前景广阔，特别是最近几年各大城市菜篮子工程的启动以及各大食品企业，冷饮企业的速冻、保鲜食品的发展，将促进冷藏保温车辆需求的增长。 美国冷藏车及中国冷藏车的具体数量都是一个大致的统计估测，所以不同数据的来源，数据有很大的出入。我们认为目前来看，美国冷藏车数量保有量 20 万辆，中国冷藏车保有量 4 万辆比较准确。 (2)、中国冷藏车产量分析 方便灵活的冷藏汽车在我国冷藏运输中扮演了越来越重要的角色。据中国汽车工业年鉴（ 2006） 统计， 2005 年 我国共生产保温车、冷藏车、保鲜汽车共计 4093 辆。其中保温车 1533 辆

8、，占 37.5%，冷藏车 2478 辆，占 60.5%；保鲜车 82 辆，占 2%。目前，中国公路冷藏车辆约有 3 万辆，占货运汽车总量的 0.3%，中国汽车冷藏运输占冷藏货物运输总量的比例为 20%。 (3)、中国冷藏车销量规模结构分析 我国冷藏汽车每年的销售量达 4000 多辆，预计最近几年年需求量保持在 4000 量以上。据有关预测，今后两三年内我国冷藏车年需求量为 5000 辆以上，并以 10%-25%的速度递增。 2006 年新 飞全年销售改装汽车 2100辆，销售收入 2.6 亿元，其中冷藏汽车 800 辆左右，销售收入 9000 万元，主要用户广州肉食配送车 165 辆，双汇 5

9、0 辆；冰熊除了军车外，冷藏汽车也在 1000 辆左右，销售收入一个多亿，主要是传统的大用户；镇江飞驰雄居华东市场，占有上海、浙江、江苏、福建、陕西等地的绝对优势，全年冷藏保温汽车销售 1000 多辆，主要用户在军队以及上海、浙江一带；中集 (山东 )专用汽车公司冷藏保温汽车市场主要集中在高端市场以及山东、上海等市场，销量全年约为 1000 多辆。 2002-2007 年我国冷藏汽车的需求量年均增长率约为 7%，据预测， 2006-2010 年，我国公路冷藏运输的年运量将从 1767 万吨增加到 2185 万吨； 公路冷藏运输的运量占冷藏货物运输总量也将从 25增长到 30。与此同时，我国冷藏

10、汽车的中型车将有很大部分被轻、微型和重型车所取代，液氮、二氧化碳、 蓄冷板等新型制冷方式的新能源冷藏车会越来越受欢迎。 据制冷快报记者了解，自 20 世纪 90 年代以来，冷藏、保温汽车在我国逐步开始发展起来，近几年发展加快。目前，全国冷藏车、保温车厂家已增加到近 80 家，全国冷藏、保温 车的保有量超过了 3 万辆。但是，我国的冷藏、保温车生产企业技术水平参差不齐，真正有保持平衡的厂家较少。 近些年，随着人们对环保、安全、效率和审美等方面要求的不断提高，货车厢式化和厢式车专用化与多功能化的倾向已日见明显。不仅厢式物流车结构趋于多种多样，如厢体结构有硬体的和软体的，有后对开门的和翼开门的，还有

11、带液压升降尾板的；而且其用途也更加广泛。遗憾的是与国际市场相比，目前国产冷藏、保温车的品种和型号还很少，还不能满足市场的要求。特别是随着高等级公路的修建，重型车和半挂车的市场需求会很快增加，增加品种，注 重节能和环保将成为冷藏、保温车技术发展的主攻方向。毫无疑问，既节约能源又无污染、无噪声的冷板制冷技术将会成为今后制冷方式的主流。 国产冷藏、保温车厢式运输车虽然与发达国家的厢式车结构大体相同，但在密封性和耐久性方面有一定的差距。首先，在板材的选取上和发达国家有很大差别；国产的主要为聚氨脂复合板、胶合板、金属骨架附蒙皮等，而国外则选用蜂窝夹层板、聚丙烯板、高强度 PVC 板、聚氨脂复合板等。这些

12、板与胶合板相比，具有重量轻、强度高等优点，代表了世界厢式货车的发展方向。在连结方式上，国产车主要是螺钉紧固连接和焊接 ，而发达国家却用型材扣接加高强度胶粘接等。这种连结方式不仅节约了材料，而且耐久性好，值得借鉴。尽管冷藏、保温车厢内布置情况基本相同，但发达国家的厢式车针对性很强，为装载不同的货物配备了不同的装置，使之更适合于用户，更方便用户。目前，国内冷藏、保温车的结构大体有两种：板块拼装结构和整体注入发泡结构，可以装侧门，也可加装隔板形成多仓，已分别用于冷藏和保温。其技术水平和国际先进水平比较接近，各项性能指标和密封性能等已接近发达国家的水平。在厢内布置方面，发达国家的冷藏、保温车地针对性更

13、强。他们针对不同客户的要求，开 发出适合各种装载需要的配套车型及厢内布局，如在厢内增加通风装置、悬挂装置、制冷装置、厢内货架、物品固装置等。 冷藏车技术发展方向：向提高隔热性能方向发展。车厢的隔热性能越好，冷藏汽车的经济效益和社会效益就越佳；向新的制冷方式发展，大大减少能耗、噪声和环境污染是冷藏保温车发展的必然选择；向新型厢体结构方向发展，人们对商品的需求不但要求使用性能好、维修性好、而且要求商品徒型美观；因此，冷藏保温车必然向新型厢体结构发展，以满足市场需求。因此，国产冷藏、保温车需要在设计能力、装备制造能力方面下功夫，使我国冷藏、 保温车制造工艺技术水平尽快达到世界先进水平。 专业人士认为

14、，未来冷藏车生产的发展方向一是向标准化和法制化方向发展。随着社会对冷藏保温车需求量的增加，社会拥有量将会增多，为降低成本、提高质量、维修便利，冷藏保温车必然朝着标准化、系列化方向发展。二是向重型化和汽车列车方向发展。随着高等级公路和高速公路的不断增多，公路通过能力增大，和驶安全性增强，使车辆的行驶速度提高，这就有利于重型冷藏保温车和冷藏列车的发展。三是向多品种、小批量方向发展。随着对冷藏保温车用途及使用性能的要求越来越多及越来越高，冷藏保温车的生 产朝着多品种、小批量的方向发展已成为必然趋势。 冷藏车广义上泛指运输易腐货物的专用汽车，是公路冷藏运输的主要工具。我国专用汽车主管机构现又将其细分为

15、保温汽车、冷藏汽车和保鲜汽车。影响冷藏车行业发展的有两个重要因素，一是国家政策的导向，二是市场需求的导向，下面本文从这两个方面阐述与冷藏车相关的的政策和市场。 从政策面的角度上审视冷藏车产业，首先我国有加快城市化建设的要求。目前我国的城市化率只有 33%，距离发达国家 80%的水平还有很大的差距。国家“十一五”规划提出要在 2050 年达到 80%的城市化率的要求， 而城市化进程的深入将会使得食品质量安全愈发得到重视，在食品运送过程中起到重要作用的冷链物流行业讲大大提升在工业生活中的比重。 其次，民以食为天。我国是人口大国，食品能否充足的供应关系到社会的稳定，目前中国的肉类食品厂有 2500

16、多家，年产量 1000 多万吨，年产肉类 5600 万吨；速冻食品厂 2000 多家，年产量超过 850 万吨；冷饮企业 1000 多家，年产量 1000 多万吨；乳品企业 1500 多家，年产量 800 万吨；此外还有每年 4120 万吨的水产品。上述易腐食品的消费逐年增长，乳品企业每年以 30%的速度增长，水果、 蔬菜销量更大。这些总量超过 1500 亿吨的冷藏食品需要运输，而由于运量不够造成冷链浪费带来的损失等同于GDP2 个百分点的增长额。十届全国人大常委会第三十次会议通过了节约能源法修订草案，自 2008 年 4 月 1 日起施行。修改后的节能法第四条明确规定：“节约资源是我国的基本

17、国策。国家实施节约与开发并举、把节约放在首位的能源发展战略。”冷藏车的使用，将会明显减少食品在运送过程中的损耗，符合国家建设节约型社会的基本国策。 再次， 2003 年各地成立了“冷链办公室”，负责冷藏保温车管理，发放专用的通行证。 2006 年交通部 正式发布关于生鲜肉、蛋、奶开通“绿色通道”的公告。 绿色通道是 99 年商务部等 11 个部门联合实施的“三绿工程” (三绿工程：绿色消费、绿色市场、绿色通道）之一。 交通部颁布的 2001 2010 年道路运输业发展规划纲要中提出，冷藏保温运输应该实现专业化、规模化、现代化。提出在不同的城市，制定不同的地方政策，在经济发达的地区是强制性政策，

18、如北京和上海强制运输生鲜食品的车必须是冷藏保温车，而在一些经济欠发达地区是引导性政策。专用汽车五年和十年的发展纲要中也提出要求：“冷藏保鲜货物逐步实现专业化、规范化、现代化，引 导道路货运发展第三方服务。”，提出需要建立全国性的冷藏链和冷藏链企业。密集的行业政策的出台体现了决策层愈发重视冷链建设在社会生活中的重要作用，而冷藏车作为低温物流中重要的运输工具，行业发展前景也变得明朗了起来。 最后，在 2008 年全球性的金融危机的背景下，国务院出台了物流调整振兴规划及细则和汽车产业调整振兴规划及细则。冷链物流和冷藏车作为各自行业振兴规划所涉及的具体行业，也在危机中迎来了行业发展难得一遇的机会。 从

19、市场需求的角度观察冷藏车行业， 2002-2008 年，冷藏汽车每年的销售量约 4000多辆，预计最近几年年需求量保持在 4000 至 5000 辆以上。冷藏汽车的需求量年均增长率约在 8%-12%之间，预计 2006-2010 年，公路冷藏运输的运量占冷藏货物运输总量也将从 25增长到 30。 高等级公路的增加也为冷藏车运输深化创造了必要的客观条件。自上个世纪 90 年代，中国高等级公路以每年 2 万公里的速度增加，（含高速公路和一、二级公路）目前已达 20.73 万公里，等级公路（含三、四级公路） 131.59 万公里，等级外的还有 36.2万公里，公路的密度为 17.5 公里 /百平方公

20、里，其中高速公路已达 1.95 万公里。到“十五”期末，高速公路的通车里程将达 2.2 万公里左右，全国南北、东西全部被三纵三横的高速公路贯通。公路建设的发展，改善了公路运输的条件，将大大提高公路冷藏运输率。 以上，我们简单的将冷藏车行业所涉及的政策及现阶段影响市场需求的客观因素呈现给了各位读者，那么在这两方面共同作用下，冷藏车行业将会面临怎样的发展趋势呢？我们认为行业发展方向和生产发展方向分别呈现出以下几点： 在行业发展方向上，企业将会实施联合、兼并和重组的战略，使得行业集中度进一步加深，将会出现几个龙头企业引领整个行业发展的 趋势。企业将会开展技术改造，淘汰和调整不成熟的生产工艺，采用新技

21、术、新工艺，寻求国际合作，提升技术水平，加速新产品的开发和现有产品的更新换代；为了加强自身的竞争能力，引进国外先进管理和资金，加强行业发展方向的研究也将会是企业更加重视的方面。 在生产发展方向上，冷藏车的生产将向标准化发展。随着社会对冷藏车需求量的增加，社会拥有量将会增多，为降低成本、提高产量、维修便利，冷藏车必然朝着标准化、系列化方向发展。与此同时，冷藏车也将向重型化和汽车列车方向发展。随着高等级公路和高速公路的不断增多，公路通过能力增 大，行驶安全性增强，使车辆的行驶速度提高，这就有利于重型冷藏车和冷藏列车的发展。为了适应市场的变化，冷藏车向多品种、小批量方向发展将会更加适应市场的需求。随

22、着对冷藏车用途及使用性能的要求越来越多及越来越高，冷藏车的生产朝着多品种、小批量的方向发展已成为必然趋势。中型车将有很大部分被轻、微型和重型车所取代。 冷藏车行业走联合兼并重组已经是大势所趋，企业所占的市场份额向行业龙头集中的情况日益明显，现阶段，国家尚未出台冷藏车行业的行业标准，以至于个别技术上没有竞争力的小企业依然能够凭借低廉的价格挣扎求生，但 是在我国冷链建设愈发受到重视以及食品药品愈发需要低温运输的情况下，行业标准的出台不会太远了，实力不强的冷藏车生产企业恐怕将会面临抉择。 2008 年，在全球性的金融危机影响下，任何一个行业都无法独善其身，在这种宏观环境中，行业面临发展方向的选择、企

23、业面临挑战和机遇，二者交织在一起，构成了冷藏车行业色彩斑斓的明天。困难是暂时的，前途是光明的，温总理在 2008 年政府工作报告后答记者问时所引用的唐朝诗人杜审言的一句话，正是冷藏车行业的前途的写照：莫道今年春将尽，明年春色倍还人。 二、 说明选题的依据和意义 合理的冷藏 车 库气体流场，可以保证冷量的均匀分配，节约能耗，降低干耗损失，提高货物质量。据调查，目前大多数冷藏库的气流组织欠合理，这是由于冷库大多是凭经验设计建造的。为了获取冷藏库内流场的信息，传统的方法是进行实验测量或作流场可视化研究。这些做法在实际运用中都具有很大的局限性，使用成本也很高，而且也不可能获得整个流场内详尽的信息。计算

24、流体力学（ Computational Fluid Dynamics，简称CFD）是在经典力学，数值计算方法和计算机技术基础上建立起来的新型学科。它通过建立数学物理模型，根据提供的边界条件和参 数，可以对速度场、温度场、压力场等诸多物理量进行仿真模拟，从而提供流动区域内精细的流场、温度场，因而通过 CFD 研究可以更好地分析冷藏库内流体的流动情况。 近年来，数值计算技术在食品、制冷等工程实际中得到了广泛的应用，并取得了相当满意的效果，然而文献检索发现，将数值计算应用于冷 藏车 库方面的研究却是很少。瞿晓华等人利用 CFD 技术对一小型装配式冷库流场进行数值模拟，分析了流场形态及各种设计参数对冷

25、藏库内流场的影响。研究表明数值模拟在冷藏库流场优化设计中应用切实可行而且优势显著 ；王剑锋等人对分别属于两个冷库 的流场进行了二维模拟研究，并对气流组织进行了对比分析，指出冷库流场存在一个中心大回流，流场的主流有靠近边界流动的趋势，无论是水平还是垂直速度均呈现两边大、中间小的格局；胡浩等人建立了水果气调库库内气体流动、传热和传质的非稳态数学模型，还根据水果的呼吸原理建立了货物区的传热、传质控制方程，采用 SIMPLE 算法和整体求解的解法对水果气调库的降温、降氧等非稳态过程进行了数值模拟，但最后的计算没有作进一步的验证研究。总之，数值计算在冷库中的应用不多，且基本上处于模型设计的阶段。 本论文

26、对冷藏车库各种不同状态 和情况进行模拟， 其中模拟计算主要利用商用 CFD软件 FLUENT 来得到 二 维流场结果，对模拟结果与实测值进行了比较，取得了较好的一致性，误差在允许范围内，表明了数值模拟在冷藏库气体流场设计中应用的可行性。通过本文的研究，期望对冷藏 车 库的流场设计和改造具有一定的参考价值。 二、研究的基本内容，拟解决的主要问题： 模拟冷藏集装箱内不同吹风方向的气体流场 模拟冷藏集装箱内不同吹风口个数的气体流场 模拟冷藏集装箱内不同吹风速度的气体流场 模拟冷藏集装箱内单一货物不同位置摆放的气体流场 模拟冷藏集装箱内多货物不 同摆放方式时的气体流场 模拟冷藏集装箱内有冷藏冷冻分区时

27、，可移动隔板在箱体 1/3、 1/2、 2/3 处时气体流场 通过模拟结果对比各个生成的模拟图片分析，对冷藏车的性能进行优化，使冷藏车冷藏物品节能、高效。 三、研究步骤、方法及措施： 首先对冷藏车存在的差别假象出冷藏车可能需要优化的方面。 利用 GAMBIT 建立网格 利用 FLUENT 模拟，得出 速度场、温度场、压力场等诸多物理量 的 仿真模拟 利用模拟得出 的结果，进行对比，了解冷藏车库冷藏车库怎样比较节能，高效。 四、参考文献 1 谢晶 瞿晓华 徐世琼 . 冷藏库内气体流场数值模拟与验证 J.农业工程学报，2005. 2 胡熊飞，刘楚芸，王剑锋等 .冷库冻结过程气体流场与节能研究 J.

28、制冷， 1995. 3 胡熊飞，刘楚芸，王剑锋等 .冷库冻结间气体流场模拟 J.冷藏技术， 1995. 4 胡浩，袁秀玲，孙大伟等 . 水果气调贮藏中温度氧组成浓度变化过程三维动态模拟及实验研究 J . 制冷学报， 1998. 5 陶文铨 . 数值传热学（第二 版） M.西安交通大学出版社， 2002. 6 M.Mariotti,G.Rech,P.Romagenoni,Numerical Simulation of Air Distribuion in a Refrigerated Room,19th International Congress of Refrigeration 1995. 7 谢晶食品冷冻冷藏原理与技术化学工业出版社， 2005 8 杨世铭传热学（第二版）高等教育出版社， 1987 9 瞿晓华 . 气调库的气体流场分析及 优化设计 D.上海水产大学： 2004.2 10 韩新宇 ,车晶 ,臧润清 ,莫石佑 . 空气制冷系统在冷藏车中的应用 J.制冷空调与电力机械 , 2005.