冷藏汽车保温层传热性探讨——陆家良

1、冷藏汽车保温层传热性能探讨陆家良 陈术 成绍桂 曹赛男（柳州五菱汽车工业有限公司，广西 柳州 545007）摘 要：通过建立冷藏车厢体热传递模型，对影响热传递快慢的最主要因素(接触热传递)进行分析研究，提出一种以厢体总传热系数逆向指导冷藏厢板设计的简单、有效的方法 。关键词：冷藏汽车 保温层 热传递Discussion on the insulation performance of insulation refrigerator car(Liuzhou Wuling Motors Co.,Ltd, Guangxi，Liuzhou，545007)Abstract: Delivery model

2、 through the establishment of refrigerated compartment body heat, affecting the speed of the main factors of heat transfer (contact heat transfer) analysis and study, propose a simple, scientific and effective method to reverse the guidance envelope overall heat transfer coefficient refrigerated com

3、partment plate design Key words: Refrigerated truck; The insulating layer; Heat transfer作者简介：陆家良（1983 ），男，广西玉林人，助理工程师，学士学位，主要研究方向为冷藏车保温性能方向。 陈 术（1982 ），男，广西人，助理工程师，学士学位，主要研究方向为专用车改装方向。1.前言 冷藏车保温层隔热性能是保证冷藏车冷藏效果的重要因素。保温层厢板的功用是减缓内部冷气与外部热流的热传递速度，确保一定时间内冷气保温，防止快速散冷，使冷藏箱体起到冷藏作用。 目前，我国有关部门对冷藏汽车的传热性能制定了相应标准

4、，提出硬性传热性能指标,即冷藏厢体的总传热系数。传热系数又名导热系数，是在稳定传热条件下，1m厚的材料，两侧表面的温差为1度（K,°C）,在1秒内，通过1平方米面积传递的热量，用表示，单位为瓦/米·度（W/m·K,此处的K可用代替）。总传热系数反映着整车厢体的保温效果的好与坏。现阶段，试验机构一般把冷藏车放进环境箱内做模拟散热采温试验，通过对温度数据的采集处理后推算出保温厢体总传热系数，因此对传热系数的研究，可视为在对流、辐射干扰为零的理想情况下，单独讨论厢体的接触性热传递中厢板保温材料、材料热阻与总传热系数关系，从而得出总传热系数逆向指导冷藏厢板设计的方法是通过

5、定温选材及总传热系数逆向测算厢板主体保温层厚度来指导设计。 2.传热模型及厢板结构 2.1热传递模型 广义中的热传递，指的是改变内能的一种方式，是热从温度高的物体传到温度低的物体，或者从物体的高温部分传到低温部分的过程。这里研究的热传递，主要是针对冷藏车上冷源传递的逆反过程来研究冷藏车箱体保温效果的传递。根据物体热能量递理论，热传递主要通过电子的激烈运动传递能量。物体温度越高，内部电子运动激烈，传递能量越快，所以隔热材料的传热系数与自身的温度密切相关。冷藏车上保温厢板一般用各种保温材料（如聚苯乙烯XPS、聚氨酯PU，凡平均温度不高于350时，导热系数不大于0.12W/(m·K)的材料

6、称为保温材料）拼装而成，其内部冷气传递过程如下图1所示： 图1 冷藏车厢体冷源向四周散冷示意图321冷源（蒸发器）1.保温材料拼装的保温箱体；2.冷凝器；3.蒸发器 图2 冷藏车厢体模拟热源流出厢板示意图冷藏车保温箱体内冷源的流失过程，等同于在车箱体内置热源模拟热流失，通过研究热流失过程，逆向推出冷源流失过程。如流程图2： Q3Q1Q2厢板（t2）厢体内空气（t1）厢体外空气（t3）厢体内置热源（t0）t0热源温度； t1箱体内平均温度；t2厢板平均壁温度； t3箱体外平均散热温度；Q1单位时间内热源传递到箱体内空气热量；Q2单位时间内箱体内空气传递到厢板热量；Q3单位时间内厢板传递到箱体外热

7、量； 根据热平衡原理，当Q1=Q2=Q3时，箱体内外热传递平衡，温度参数t1 、t2、t3平衡无波动（无辐射、对流情况下），这时壁温t2稳定，箱体保温层隔热系数确定。当Q1、Q2、Q3不相等时，平衡打破，t1 、t2、t3链式反应波动，根据t2=（t1+ t3）/2 1 ，只要其中一个波动，t2会连带波动，导致研究隔热系数不能确定。所以选用厢体材料时，需要参照厢内设计平均温度推算出的厢板壁温时材料的隔热系数做为设计参考，根据以上关系，得出厢板平均壁温与厢内平均温度关系式：t2=（t1+ t3）/2=（t1+15）K （1）设计中查表1确定厢内平均温度t1，试验要求厢体外环境平均温度t3=30

8、1。显然，厢体内部平均温度，决定了选材温度。所以选材时，在测算选材温度下，选择传热系数低，制造工艺简单，成本廉价的隔热材料为最优选择。2.2热传递结构的选择 热传递结构也就是传热路径，与厢板总传热系数密切相关。根据热传递原理，隔热材料厚度越大，组合材料层级越多，传热路径越长，散热越慢，保温隔热性能越好。所以在设计温度下，研究单层或多层结构粘接保温厢板热阻、厚度、传热系数之间的关系，对冷藏车保温层几何参数的选择有指导意义。厢板单层结构换算公式：R=/(m2.K/w) （2）R 保温层结构热阻（m2.k/w）；材料层厚度（m）； 材料导热系数W/(m2.k)厢板单层结构示意图3：图3单层材料结构保

9、温层材料厢板多层结构换算公式：R=R1+R2+-Rn=1/1+2/2+-+n/n （3）式中: R 保温层结构热阻（m2.k/w）； R1、R2、-Rn各层材料热阻（m2.k/w）1、2、-n各层材料厚度（m）1、2、-n各层材料导热系数W/(m.k)厢板3层结构示意图4：图4 3层材料结构内蒙皮材料保温层材料外蒙皮材料厢板保温层结构物理参数与总隔热系数关系符合以下公式2：K=1/（1/an+n/n+1/ aw） （4）式中 an 厢体内壁的对流放热系数，W/（m2）（一般取9.0）aw 厢体外壁的对流放热系数，W/（m2）（一般取25）n 厢体壁各层采购量的厚度，mn 厢体壁各层材料的导热系

10、数，W/（m2） 上述可见，多层级的保温层，对厢体的保温层起到多重保温作用。目前国内外冷藏车厢板一般选择隔热性能好、质轻的车载保温材料（如聚氨酯泡沫板）来减轻整车重量，这些材料需要硬质的内外蒙皮粘接成型后方可安装，此种选择不仅减轻整车重量，同时保护了软质的保温材料使其使用寿命更长，还很好的利用了多层级的保温层多重保温的特性提高冷藏车总传热系数。3.基于N300L冷藏车多层厢板结构的开发 3.1冷藏车分类及相应要求根据GB 29753-2013道路运输、食品与生物制品冷藏车安全要求及试验方法要求，当环境温度为303K时，按冷藏车车厢内平均温度保持的温度范围，分类为（如表1所示1）：表1 运输易腐

11、食品的冷藏车分类 （单位为开尔文）冷藏车类别ABCDEF车厢内平均温度285273285263285253273263253各类冷藏符合的传热系数要求为（如表2所示1）：表2 车厢隔热性能限值要求 单位为瓦每（平方米开尔文）类别总传热系数0.40.40.7注：类不得用于B、C、E、F、G、H类冷藏车。3.2 N300L冷藏车多层厢板结构的优化N300L冷藏车是一款客厢式冷藏车，其冷藏厢体置于车身结构内腔，属于一款新型、便捷的市内短途冷藏运输车(如图5），属于B类冷藏车，厢体内平均温度要求-1012；总传热系数要求为类K0.4 W/（m2K）。开发初期选取的保温材料为隔热性能较好的聚氨酯泡沫（P

12、U，常温下导热系数=0.03W/(m2）填充材料，厢板采用3层粘接结构，各层厚度的物理参数如下图6：图5 隐藏右边车身及后门的N300L冷藏车厢体内腔3层粘接成型保温厢板图6 3层粘接成型保温厢板胶合板外蒙皮材料1=2mm不锈钢内蒙皮材料3=0.6mm保温层材料2=50mm按照GB 29753-2013道路运输、食品与生物制品冷藏车安全要求及试验方法1要求测试：测试出数据后，根据以下总传热系数计算公式计算结果：K=W/（S×） （5）式中：K总传热系数，单位为瓦每（平方米开尔文）【W/（m2K）】；W测量期内总热功率的算术平均值，单位为瓦（W）；S厢体的传热面积，单位为平方米（m2）

13、；测量期内车厢内外温差的算术平均值，单位为开尔文（K）。按照以上方法对整车进行总传热系数性能试验，结果为图7：图7 车厢总传热系数数据试验记录表根据图7试验结果，K=1.09 W/（m2K），远大于标准0.4 W/（m2K）的要求。 根据上述理论定温选择材及多层保温材料测算总传热系数的建议来优化该车厢板设计： 定温选择材料温度（公式1）为：t2=（t1+15）=-10+15=5（B类冷藏车厢体内最低平均温度-10）；故在5温度下，选择传热系数较好、制造工艺简单，成本廉价的聚氨酯泡沫作为保温填充料，该温度下其传热系数约2=0.028 W/（m2K），厢板结构保留原3层设计结构。考虑到内、外蒙皮厚

14、度不变的情况增加主体保温层聚氨酯泡沫厚度的效果更佳，所以在标准给出的总传热热系数指标上推算保温层厚度：由公式4得K=1/（1/an+1/1+2/2+1/1+1/ aw）2=（1/K-1/an-1/ aw-1/1-3/3 ）×2 （6）经查国标要求K0.42，取K=0.4；5下差表得1=0.043，3=26 W/（m2K），, an一般取9.0, aw一般取25,测量得胶合板厚度1=2mm，不锈钢厚度1=0.6mm。代人式5后得出2 64.5mm ，取整2=65mm.根据计算结果加厚聚氨酯保温板厚度为65mm后再次进行整车试验，试验结果如下图8。图8 车厢总传热系数数据试验记录表根据图8试验结果，K=0.24 W/（m2K），符合标准0.4 W/（m2K）的要求。4.结语现法规对冷藏车传热性能定标要求的情况下，模拟冷藏车保温厢