冷板车运输货物时车内温度场数值模拟

    冷板车冷冻和保温货物的作用取决于温度场分布,而冷板车车体内的温度分布又受很多因素的影响,像冷板的布置方式,冷板的数量,车体的造型,还有一些外界条件等.如何使冷板车冷冻和保温效果最佳、投资少、效益高成了生产商的一大难题.

    本文对冷板车温度场的计算分析,可以对冷板的布置及其车体的设计有极其重要的作用,由此能最大限度的节约能源和统筹安排.而且能方便自如的控制冷板制冷时间.

    1  模拟计算中的简化和假设

    对冷板车车体内温度场分布的实际模拟需要做出一些假设,作为理论基础的傅立叶方程的若干使用条件本身就体现了这种简化过程.否则,即使把各种复杂的因素都考虑进去,而且数学模型作出的描述很恰当,得到的方程组的求解也会相当困难.因而作出如下假设和简化:①忽略两侧对车内温度的影响;②不考虑辐射的作用;③ 在分析冷却和保温时由于跨度较大,简化模拟模型;④ 假设材料是各向同性的,即不考虑材料的方向性;⑤不考虑内部气体的流动,即对流问题;¾车体和外界涂层的导热作用以等效换热系数表示;⑥冷板材料的热物理性质不作设定.

    2 初始数据

    2.1 边界条件的确定

    本文研究的对象是冷板车在空车情况下,冷板将车体内温度冷却到一定温度所需时间,所包含的传热边界条件为绝热层与车体的传热、外界与车体的热交换(即对流边界条件).

    本文研究的对象是冷板车,车身长为5 m,车体横截面的结构尺寸见图1.

    2.2 冷板车的初始温度条件

    车体的初始温度条件对于求解模型是极其重要的,如果不给出初始条件,商用模拟软件默认其温度值为零,本文建立的两种模型:三维模型(不考虑传热),二维模型(考虑外界因素对车体内温度场分布的影响).

    对第一种模型的数值模拟,在模拟过程中,一般认为冷板车车体内部的温度是均匀的,与环境温度相同,这里都假设为常温,所不同的是冷板的温度不同,用户的要求不同,冷板布置方式、冷板数量不同.本文重点分析当外界因素影响时所施加的边界条件,不过此时的初始温度与在绝热情况下的不同,内部为用户要求在装车时的温度,外界温度为环境温度.由于装车后,在车运动过程中,不仅内部货物的热物性对其车内部温度场分布有影响,而且外界条件像对流、辐射、传热等对车体问题分布皆有影响.

    2.3 材料属性

    数值模拟软件需要输入材料属性,比如热分析中至少要输入材料的导热系数KXX,此外,还有比热C,密度DENS,焓ENTH等.由于材料属性的选择对冷冻和保温的效果起着很重要的作用,对保温隔热材料的要求有以下几点[2]:有最佳密度C或容重;热导率越小,同样厚度的保温隔热材料的保温效果就越好;温度稳定性好.吸水、吸湿性小,水分会使其材料的热导率大大增加;保温隔热效果好.此外,低温、超低温管道和设备的保冷,用一般的保温隔热材料不能满足要求,必需采用超级绝热材料,其表现的热导率可低于国家相关冷冻保温隔热材料标准和文献[6~9]数据.