冷板冷藏车运输过程中冷冻货物的温度分布

　　1 前言

　　冷板冷藏车运输货物过程中,由于微生物繁殖等因素的影响,易发生货物腐烂变质等现象,严重影响了运输货物的质量,而货物的温度是控制微生物生长、繁殖的重 要因素之一。有关研究表明[1,2],适当的低温能抑制细菌的发育滋长,若货物温度较高或货物内温度分布不均匀将导致细菌迅速繁殖。因此,了解运输过程中 货物温度场,使货物保持低温且温度分布均匀、稳定,是保证所运输货物质量的关键。本文对冷冻牛肉运输过程中的动态温度场进行了数值模拟,获得了其温度变化 及分布的特点,对提高运输冷动货物的质量有重要指导意义。

　　2 货物传热的物理数学模型

　　2.1 物理模型

　　根据实际情况进行适当假设,建立冷板冷藏车和冷冻货物的物理模型,如图1,2所示。

　　由图1,2可以看出,车厢之间的热过程包括:货物的导热、空气的导热、货物与空气之间的对流换热、空气与冷板之间的对流换热以及空气与车厢之间的对流换 热。货物的热过程与车厢内其它热过程相互耦合,构成车厢内复杂热环境,因此,研究货物内部的温度分布必须将车内的传热视为一个整体。

　　2.2 控制方程的确立

　　在推导控制方程之前,先对模型做如下假设:

　　(1)考虑车体及货物壁面与车内空气温度相差很小,视车内空气为辐射透明介质,忽略固体壁面间的热辐射;

　　(2)气流为低速不可压缩流动,可忽略由流体粘性力作功所引起的耗散热;

　　(3)空气密度变化仅对浮升力产生影响;

　　(4)空气和货物采用常物性参数,忽略温度变化对物性参数的影响,且不考虑运输过程中货物水分蒸发等传质因素的影响;

　　(5)车厢气密性良好,不考虑漏风影响。

　　依据以上假设条件,采用广泛应用于工程中的带浮升力k-E方程[3]。在笛卡儿坐标下控制方程的统一形式如下[4]:

　　式中Φ—通用变量,Φ={1,U,V,W,T,K,ε}

　　ΓΦ—扩散系数

　　SΦ—源项

　　2.3 边界及初始条件

　　对运输过程中的冷冻牛肉进行了研究,货物紧密堆码在车厢装货区内。冷板冷藏车20:00从广州发往北京,车速为120km/h,运输时间约为29h。其边界及初始条件处理为:

　　(1)冷板处 在运输过程中,冷冻板内共晶液不断液化,放出潜热,依据某厂提供的冷板车实验资料,冷板温度恒定Tlb=-10.5℃。

　　(2)车体壁面处:车体传热负荷q的计算见文献[4],本文将车体传热负荷q均匀分布在壁面各节点上,作为能量方程的附加源项处理。

　　(3)所有固体壁面处 本文所用的k-ε模型适用于离开壁面一定区域的完全紊流区域,而在固定壁面附近,流体的输运特性变化很大,当十分靠近壁面时,必然会出现层流粘性作用大于湍流输运作用的情况,因此采用了壁面函数法来处理近壁面边界条件[5]: