冷藏车的传热传质特性的实验研究

1、冷藏车的传热传质特性的实验研究新加坡开利制冷（新加坡）私人有限公司，新加坡收稿日期2000年4月12日收到2001年一月一日起接受2001年1月31日机械与生产工程学院，新加坡南洋理工大学，南洋大道，新加坡639798 ，摘要： 关于冷藏车无空气帘，带风扇空气幕帘和塑料带帘的传热传质特性的实验已经开展过。在车门打开后相对短的时间内温度和湿度的变化是目前研究的重点。在没有空气幕，有风扇空气幕和塑料带帘的情况下，以初始温度10度为例，空气的温度被发现增加到14度、7度和8度。研究发现，利用空气幕分别比没有空气幕和使用塑料条帘的情况下节约能源40和11。实验和数值模拟结果也表明车厢内部平均温度合理的

2、一致性。2002斯维尔出版公司Ltd和IIR。保留所有权。关键词:冷藏运输、冷藏卡车;设计;传热;测量。特殊名称：A 面积，平方米 门开放时间，s Cp 比热容，kJkg -1 K-1 下标C 密度，kg m-3 a 干燥空气D 扩散系数 cm2 s-1 amb 环境条件H 焓 ，kJkg _1干空气 ave 门打开时间平均值 Hc 传热系数，W m-1 K-1 cond 凝结hD 传质系数，m s-1 f 门关闭后的即时条件 hfg 水的汽化潜热，kJkg -1 i 门打开前的初始稳定条件 Le 路易斯数 s 饱和条件M 潮湿空气的质量，Kg tot 总值m 质量传递单位时间，kg s-1

3、w 水蒸气MA 分子量的物质AP 车体内的环境压力，PaQcond传热由于凝结的水蒸汽，WQs 明智的传热，WQ1 潜热传递，WQ 总传热，WRa 气体常数为干燥的空气，287.055 Jkg-1 K-1Rw 气体常数为水蒸气，461.520Jkg-1t 温度，摄氏度T 温度，开V 在受控环境中空气的体积，m3W 湿度比，kg kg-1干空气希腊字母 热扩散系数，m2 s-1ø 相对湿度，%简介：1.介绍在新加坡使用的冷藏车，主要用于短途批发配送，在一个人口中心或人口中心之间。卡车车身样式的开发，以适应易腐产品的需求的性质和分布。然而，所有的冷藏车有一个共同的设计，即使用的塑料条帘保

4、留寒冷的空气时，主体侧的门被打开，用于装载和卸载的产品。虽然这通常可以减少打开的门的热量和质量传递，带状物造成阻塞，但工人装载和卸载货物和锋利的边缘带相对移动时，对于工人是一个潜在的危险。因此，当需要进入卡车时，塑料条帘被暂时捆绑，这会降低运输过程的效率。然而，引入吹空调射流阵列空气垂直向下的整个开放门可以解决这个问题。用合适的空气幕速度和体积流量可抑制在门上的热量和水分传输，没有影响工人的安全和交通1,2。当门被打开时表面上的水蒸汽凝结，货物的又一重大问题在冷藏车。这是因为控制在卡车的环境通常维持在0左右，当冷空气与外界的混合热空气（典型的一天的时间环境温度30，在新加坡）凝结，最有可能发生

5、，因为的冷空气将饱和。冷凝水可能会影响易腐产品的质量3。本实验研究的主要目的是作为一种替代，调查冷藏车使用一个空气幕更换的塑料条。建立后的实验结果，然后可以与相应的数据将模拟得到的结果通过使用市售可用的CFD软件4 ，以验证物理的计算中使用的模型和边界条件。2.实验2.1卡车的几何形状和仪器图1显示的意见和实际尺寸冷藏车使用现状调查。车厢在卡车上的尺寸是（长2.84米） 1.64米（宽） 1.54米（高） ，车厢为0.9米在地面之上。坐标系的原点位于左下角，从背面观看冷藏车见图1（a ） 。返回（吸）风机，直径为0.26米，附着在蒸发器，以循环空气回到蒸发器冷却线圈。车门的尺寸为1.25米（高

6、）0.7米（宽），其中心位置是从1米前平面（Z = 0）。在0.9米长的车门上方安装平均速度9.5米每秒，体积流量18.2立方米/秒的空气幕，空气幕覆盖整个长度门的宽度。图 1意见和尺寸的冷藏车。 （一）内部视图从机身的背面。 （二）的侧视图卡车与门打开了。 （C）侧的门关闭。图 1 这照片等尺寸杜载重汽车frigorifique 。 （一） VUE DE L' inte'rieur depuis L' arrie 重新杜载重汽车。 （二） Vue公司late'rale载重汽车AVECPORTE ouverte 。 （三） Vue公司late'rale

7、AVEC ：拉波特ferme'e 。在车厢内，14个电阻温度检测器（RTD -100）和4个T型热电偶放置测量温度，和一个紧凑的换能器测量相对湿度，如图 2。所有的实验测量数据记录在3秒的间隔采集记录器上。 温度点9被定位在门上的横截面（在Z = 1.075米）和与另一个9点的截面上身体内部（在z = 2.24米） 。一个湿度传感器被放置在旁边的门的横截面的中心点，而另一种是放在外面的身体靠近门用于监测周围环境的相对湿度的空气中。环境空气的温度测量12 RTD- 100放置在卡车周围任意（不示出），并采取这些测量的平均值。全车被放置在一个环境试验室，实验室的尺寸为4.9米宽，19.4米

8、长，5.8米高。测试室能够模拟一个宽的环境温度范围，这是一个用电脑连接到一个控制器由操作员控制温度。2.2实验过程图3示出了在测量中的三个主要阶段冷藏车内部的温度和相对湿度，因此，由一个渗透负载可以代替车门打开。方盒子代表车体。图。 2。的温度探测器和湿度传感器的位置。图 3在三个不同的阶段的温度和相对湿度的测量。首先，在卡车的制冷单元被切换到制冷状态，车厢内部的空气降温直到温度达到稳定状态。实际上，该温度总是高于设定点温度20，这大约需要4小时达到稳定状态。其次，当达到稳态，制冷单元被关闭，然后打开侧门为2分钟。最后，门被关闭。门被关闭之后制冷单元仍然是关闭的。在此之前，货物配送的做法，整车

9、单元切换到关闭，以减少到达停车区汽车排出的废气。读数从一开始的时刻制冷机组开关，直到2小时后，门关闭。实验8次重复改变一些重要的参数。表1显示8个例子。3理论分析3.1门被打开和关闭后前门的质量和焓测定（步骤1和3 ）潮湿的空气的质量图3（a ） ，是干燥空气和水蒸汽的总和：Mi=mi;a+mi,w. (1)同样，车门立即关闭之后潮湿空气在车厢内的质量 图3（c ）是：Mf=mf,a+mf,w (2)从道尔顿定律分压，总压力的总和，其对所有的局部压力成分，即Ptot = Pa + Pw: (3)假设理想气体定律，局部压力是Pa = maRaTV (4a)Pw= mwRwTV (4b)车门打开之

10、前，车厢内潮湿的空气和干燥的空气的湿度比，W = mwma (5)知道干球温度和相对湿度的湿度比的值，利用方程5 测量图表可以发现,W = 0.6219Pw,s(Ptot Pw,s) (6) 表1本实验中使用的参数组合1 案例 空气帘 制冷单位 环境温度 塑料条窗帘 货物占用 1 关 关 29 关 无 2 关 关 47 关 无 3 开 关 29 关 无 4 开 关 41 关 无 5 开 关 34 关 25 6 关 关 33 开 25 7 开 开 33 关 25 8 关 开 33 开 25 货物是纸板箱在与体内的平衡温度和占用的空间的底部和背面(x=01.64 m, y=00.77 m, z=1

11、.422.84 m)在PW，S是水蒸气的分压力在饱和状态的特定的温度，是潮湿的空气和PW的相对湿度，S是一个功能的干球温度。由方程 （3） （6） ，我们可以建立一个关系身体内部的干燥空气的质量作为一个功能干球温度（T）和相对湿度（ø）：一旦干燥的空气质量是已知的，水蒸气的质量可以由比湿度和干燥的空气质量确定：从干球温度和相对湿度的测量，开门前，潮湿的空气质量即关闭湿空气质量可以确定。潮湿空气的焓，由下式给出5 接着，打开门之前的焓（hi）和门立即被关闭后的焓（hf）可以被确定。 此外，从上面的结果，平均焓（have） ，冷藏车内干燥空气的平均质量（mave，a）和焓环境空气（ ha

12、mb ）超过开门时间也可以被估计。和门后立3.2打开门的过程质量和能量的平衡（第2阶段）考虑在一段时间间隔（）的质量平衡，当门被打开时， 参照图3（b ）。 干燥的空气，水蒸汽，（10）其中下标表示质量流量进入和离开身体，Wamb和Wave是在开门期环境空气和湿度比和平均空气条件mcond,w是凝结在身体表面的传质速率。水蒸汽流入冷藏空间实际上是热的环境潮湿的空气（min,w=wambmin,a），水蒸汽从冷藏空间流动的是热空气和冷空气的混合物冷冻(mout,w=wavemout,a)。干空气和水蒸气的总交换率通过门间隔期间，潮湿的空气流入门，而且，潮湿的空气流出了门，当水蒸气凝结的内表面上车

13、厢体的潜热通过体壁传递出去。这是浓度而引起的体积和内在车厢的冰冷的表面墙室内水蒸气之间的差异体。表面温度是开门前初始的车厢内温度，因此，汽化潜热（hfg）是在初始温度估计，在方程中与此同时，由于干燥的空气和水蒸汽分子的扩散，将有从内部到冷壁表面合理的传热。因此，这里的平均温度在门上tave开放时间。在门的能量平衡，车厢内增长的平均总能量=能量在热风中的通过率混合气的能量通过率，或者3.3传热和传质之间的关系传热系数水蒸气的传质系数（hD）定义为：其中CW1在位置1比CW2在位置2有较高浓度的水蒸气。当两个热量和质量传输发生同时，传热和传质系数可以与由雷诺数类比6 ，图 4无量纲的平均温度增加对

14、于不同的情况。其中Le为Lewis数通过求解方程。（9），（10）（15）（16）和（17）同时，干燥的空气流动率通过门水蒸气凝结率在身体表面的传热系数（hC）和传质系数的水蒸汽（hD）可以确定。4结果与讨论4.1湿度在平均气温和相对变化下的所有情况结果表明，在一般情况下，当门打开时，平均温度和相对湿度车厢内部的空气迅速增加可用于所有的8个例子。图 4比较中的平均温度变化无量纲的形式，当门被打开（第6例）。最后2例不显示的温度上升不完全是由于空气渗透，也受从制冷单位冷空气影响。下的无量纲的形式的温度取为 （t-ti） / （ tamb-ti） ，其中， ti是车门打开前初始稳态温度，和tamb

15、是环境温度。案例3示出的最小梯度的温升，其次由例6和5 。因此，可以推断这两个气帘和塑料带窗帘是有用以防止冷藏门被打开时热空气渗入车厢。平均气温上升是在门刚刚关闭和被打开之前，实际上是例3，例5和例6。车厢的平均气温在案例3的增加近15 K，这是低于无空气幕（案例1 ）7 K的情况。然而，空气幕变得不那么有效，如果环境温度太高（ > 40） 。这反映在案例4 ，在该温度高达案例2 （ 23 K ） 。对于没有任何防护设备的情况下，整个门（即例1和2） ，温度上升的速率是最高（约12 K / min案例1 ）。从温度的比较，可以推断的塑料条帘是能够减少热空气渗入冷冻空间（案例6 ） ，但将

16、不被视为有效的空气幕（案例3和5） 。例3和5之间的比较，可以看出，减少在车厢内的货物占有量可以增加的空气幕的有效性。这是因为空气幕除了作为热屏障还促进空气再循环空间。因此，如果所冷却空气是车厢内自由移动，没有任何阻碍，则可以消除停滞的区域，并获得更均匀的温度分布，帮助也能保持降低车厢内的平均温度。至于案例4 ，其中所述的是环境温度最高的，所产生的压力差的环境温度和车厢之间的温度差可能造成的空气幕“逃脱”到达地板前2。换言之，内部压力从车厢喷流向外。这使得门底部的一部分未受保护，内外空气发生交换。第2种情况，在环境温度> 40 ，没有空气幕，这解释了为什么在这种情况下的温度上升。车厢内空

17、气的相对湿度被发现，从一个较低的值（70%）增加到饱和状态（100%）的所有8个案例。当潮湿的空气变得饱和，通常门打开1分钟后，冷凝发生在车厢内表面。作为车厢内部的空气变得饱和的例7和例8（即使制冷机组上），它的结论是防止结露的发生门时从蒸发器线圈是不冷空气。对于所有的情况下图5比较的相对变化。当门关闭时，相对湿度仍然保持在饱和值与制冷机组的情况下关闭（例16）。但是，例7和8，从制冷的冷空气单位降低门关闭后约10分钟的相对湿度。这也消除了冷凝水从身体表面蒸发。4.2湿度比的确定潮湿的空气中能量的车厢内没有空气幕的情况下（情况1）现在，我们把注意力转向没有空气幕通过门的质量和能量转移，因为类似

18、的现象也发现在其他的情况下。图 5不同情况下的相对湿度的变化更长的时间。4.2.1湿度比的变化图6显示了在1例车厢平均温度的变化。开门后平均干球温度的增加从13度到11度。门关闭后，即使制冷机组被关闭在6分钟内平均温度从11度下降到0度。这表明，除去热量迅速从车厢内通过对蒸汽冷凝水冷壁。基于这一观察，显热的和潜热是不可忽略的。温度降到最低时，从蒸汽冷凝水的冷壁传热变得稳定。制冷机组关闭门后10 min，平均温度在开始缓慢增加，增加速率约0.04 K / min是由于从环境到车厢的壁的热传导。当门打开时，湿度比的增加（未显示）。这是由于在相对湿度和水蒸汽分压的增加。公式（6）中的分母几乎保持不变

19、，大气压力比水蒸气分压力大得多。因此，在水蒸汽分压的变化不影响干空气分压。然而，这种趋势的湿度比紧随的干球温度，而不是相对湿度，因为在确定的相对湿度饱和蒸气压是温度的函数，并成为主导因素。4.2.2质量交换在门打开湿度比的增加时，也表明质量中的水蒸汽（mw）的的身体增加而干燥的空气（ma）的质量降低。这示于图7（a），其中的干燥空气的质量在体内降低的比率为9.75至8.82公斤0.00775Kg/ s。另一方面，水的质量蒸气在车厢内以0.000516公斤/秒的速率从0.0076到0.0695千克增加。由于干燥空气的质量，在门关闭时图3（c ）小于门打开时图 6。案例1更长的时间的平均温度。车厢

20、内流出的干燥的空气将高于流入车厢内的干燥空气的速率。因此方程（9）应被修改为：因此，从图7（a）可以确定的是在门打开时车厢内总干燥的空气和水蒸气的质量减小。4.2.3能量交换从式（8），在车厢内的湿空气的焓是两个干球温度和湿度的函数比。当门打开时，由于这两个量增加，焓值也增加。车厢内总潮湿的空气的能量能量干燥空气和焓产生。相比于焓值（365 ）的增加，在干燥的空气质量是减少小约9.5 ，在图所示。图7（a）。因此，净效应将是在潮湿空气中的总能量的增加，如图7（b ）。在计算出的焓的错误估计在±5。门在打开2分钟后关闭，潮湿的空气中的总能量被增加从-115Kj，到最大值为268 kJ。

21、由于这是一个不稳定的和非线性的过程，平均值是代表的总能量的瞬态期间。在此期间的平均值为107千焦。这是由使用的产品 have和mave,a决定，其中因此，热流率由例1估计为1.85千瓦。图7。质量和案例1的总能量。 （一）干空气和水蒸汽质量。 （二）潮湿的空气中的总能量。4.3比较的热量和质量交换率图8示出打开门案例16的总热量和质量交换率。可以看出，空气窗帘可以有效地减少31的大规模渗透（从0.0423至0.0291Kg/ s）和总的传热35.7 （从3.27到2.11千瓦） ，如果车厢是空的并且环境温度为29（例1和3）。空气幕，不能完全防止热空气从外面进入车厢内，由于空气幕夹带溢出机制2

22、。空气幕的需要结构的负浮力动荡，淹没喷气机。静止的空气中夹带的一个特点是很大程度上依赖于速度的淹没射流梯度和，因此，从夹带效应外面的空气不能完全被消除。当引入一个相对自由，不可压缩的空气流环境，夹带空气从它的两侧流走。由于湍流性质的流动，混合之间发生的两个空气流。热空气夹带进入空气幕边界层会增加的质量流率和温度的空气幕。因此，当它撞击地板和泄漏到车厢，传热会发生，从热的区域顶部附近到寒冷地区底部的空气幕。通过开式门的质量和热量交换几乎恒定时，在潮湿的空气中减少部分由于装载货物（案例3和5）。基本上，空气交换主要涉及靠近门地区，车厢的其他地区不会有很强的影响。图 8针对不同的情况下，质量和进入体

23、内的热流率与门打开了。 （一）质量流量。 （b）热流量。图9显示门打开时在车厢内湿空气的总能量的的变化。这些值是重要的，因为他们代着能量，开门一段的时间后需要通过蒸发器盘管提取车厢降温再到初始温度的量。这也反映了空气幕的有效性，相对没有空气幕可节省能源达40%（156 kJ）。能量平衡不包括工作保持空气幕。图9身体总能量增加时，针对不同的情况下，门被打开。当空气幕和塑料条帘之间进行比较时（例5和6）可以发现，空气幕带来低质量交换率，热交换率，温度升高和总能量增加。一般情况下，它可以比以上的塑料条幕（25千焦）节约能源11。因此，空气窗帘可以视为一个的替代的塑料条幕。图10比较实验和模拟平均温度上的结果。（一）使用空气幕（案例3 ）。（二）没有空气幕（案例1 ） 。4.4比较实验和模拟结果最后，实验工作的结果进行比较与仿真研究。图 10所示测量和模拟之间的比较结果，无气帘分别在环境温度为29 （例1和3）。模拟进行使用商业有限体积计算流体动力学软件，FLUENTV.4