蓄冷型生鲜自提柜温度场数值模拟研究

蓄冷型生鲜自提柜温度场数值模拟研究

么宇

(珠海格力电器股份有限公司， 广东珠海，519000)

摘  要:为解决传统生鲜自提柜保温时间短，压缩机启停次数多等问题。通过数值模拟的方法，分别模拟了生鲜自提柜在有无蓄冷板时，储物格内温度随时间的变化以及温度分布情况。研究结果表明：蓄冷型生鲜自提柜储物格内平均温度由初始温度4℃升到压缩机开启温度8℃,所用时间较传统自提柜相比延长了61.5%;蓄冷板释冷可以降低生鲜自提柜升温速度，延长保冷时间。

关键词:  冷链; 生鲜自提柜; 蓄冷板

前言

随着网络购物的流行，生鲜电子商务迅速发展，其迅猛增长为冷链物流创建了新业务增长点[1]。我国冷链运输率以倍增的方式快速增长，实现冷链物流规模的快速发展。但是另一方面与西方发达国家相比，由于我国冷链发展起步较晚，因此冷链流通的比例远远低于发达国家。在配送过程中，若产品保存温度控制不当，质量出现问题，商家将无法进行二次销售[2]。生鲜自提柜能够满足生鲜产品对贮存温度的要求，以保证配送的高质量和高效率。生鲜自提柜主要应用在食品冷链的末端配送环节，能有效解决冷链物流末端配送环节的承受业务量高速增长和人力不足的双重难题[3]。

生鲜自提柜在工作过程中，热负荷的增加会造成升温速率大，压缩机启停频繁等问题。本文针对目前生鲜自提柜存在的问题，设计了一种蓄冷型生鲜自提柜，将蓄冷板安装在储物格内，蓄冷板内的相变蓄冷材料（Phase change material，PCM）在系统热负荷增加及停机时将冷量放出，降低压缩机启停频率，达到节能的目的；同时。本文以生鲜自提柜为研究对象，利用数值计算模拟了生鲜自提柜内温度场分布情况，通过实验证明了模拟结果的准确，验证了蓄冷型生鲜自提柜的保温性能。

1 蓄冷型生鲜自提柜温度场数值模拟

1.1物理模型的建立

本文研究对象尺寸大小为1.1m2m0.5m，共有10个储物格，生鲜自提柜为空载状态。为节省储物空间，便于用户取件，内置蓄冷板于储物格左右两侧，其尺寸为0.2m0.16m0.02m。

为使蓄冷技术更好的应用在生鲜自提柜中，蓄冷材料在吸收冷量和释放冷量时应分别与生鲜自提柜内制冷剂温度及储物格内部空气温度间保持一定的温差，因此本文拟采用水为蓄冷材料[4]。

1.2初始条件和边界条件

在数值计算中对有关参数进行设定，按照设定的工况，生鲜自提柜外壁设为293K恒壁温。储物格内的初始温度设置为277K，保温层初始温度设置为277K，蓄冷板初始温度设置为273K，外界环境温度设置为293K，制冷机组区域和机械应急开柜装置区域温度均设置为293K。PCM蓄冷板和储物格内部区域均设置为Fluid，保温层区域设置为Solid。

2 生鲜自提柜温度场数值模拟结果及分析

相关研究表明，生鲜产品的最佳冷藏温度为4-8℃，生鲜产品在此区间内，不会结冰，能够保色保鲜。因此将生鲜自提柜的温度范围设置为4-8℃。

2.1蓄冷板对生鲜自提柜保温时间的影响

本文通过模拟分析有无蓄冷板对两种生鲜自提柜保温时间的影响。模拟在制冷系统停止工作后，储物格内平均温度由4℃升到8℃，此时压缩机启动，储物格内平均温度由8℃降到4℃的过程。图1为两种生鲜自提柜3次启停过程中储物格内平均温度随时间变化的数值模拟结果。

从图中可以看出，蓄冷型生鲜自提柜升温趋势较传统自提柜相比更为缓慢，蓄冷型生鲜自提柜储物格内温度变化趋势为先下降再上升，是由于外界热量还没有通过保温层与储物格内空气进行换热，蓄冷板内低温的蓄冷介质在较大温差的作用下，发生相变，使储物格内温度下降。蓄冷型生鲜自提柜储物格内平均温度由初始温度4℃升到压缩机开启温度8℃所用时间较传统自提柜相比延长了61.5%。

图1 储物格内平均温度数值模拟结果

2.2蓄冷板对生鲜自提柜温度场的影响

由于生鲜自提柜与外界环境之间存在温差，因此储物格内部的空气与外界环境持续进行热量交换。故生鲜自提柜外围保温层温度会较高于相邻两排储物格中间的保温层温度；生鲜自提柜顶部和底部储物格内的平均温度也略高于中间储物格内平均温度。

生鲜自提柜在有蓄冷板情况下，相同时刻储物格内温度更低。在2800s时，有无蓄冷板的生鲜自提柜储物格内温度分别为276.89K，277.74K；在3200s时，两种生鲜自提柜储物格内温度分别为277.81K，278.79K；在3800s时，两种生鲜自提柜储物格内温度分别为279.04K，280.44K；在5000s时，两种生鲜自提柜储物格内温度分别为280.73K，283.12K。这表明蓄冷板释冷可以降低生鲜自提柜升温速度，延长保冷时间。

      图2 蓄冷型生鲜自提柜ZOX面不同时刻温度分布图

3 结论

本文主要针对目前生鲜自提柜保温时间短，压缩机启停频繁等问题，建立了生鲜自提柜的物理模型和数学模型，通过数值模拟及实验验证，研究了生鲜自提柜在有无蓄冷板时，储物格内温度场变化。基于此目的，本文做了如下研究，并得到了以下结论：

建立了生鲜自提柜的物理模型和数学模型，分析了生鲜自提柜在有无蓄冷板时，储物格内温度随时间的变化以及温度场分布。结果表明，在有蓄冷板时，相变材料在相变时吸收热量，降低了储物格的升温速率，储物格内平均温度由初始温度4℃升到压缩机开启温度8℃时，所用时间较传统自提柜相比延长了61.5%，延长压缩机启停时间间隔，从而增加压缩机使用寿命。

参 考 文 献

[1]张旭梅,梁晓云,陈旭et al.生鲜电商O2O商业模式实现路径[J].西北农林科技大学学报(社会科学版),2019,19(02):99-108+115.

[2]洪琼,张浩,聂家林et al.物流“最后一公里”配送问题研究

[3]喜崇彬.智能自提柜能否让末端配送走进“无人化”时代?[J].物流技术与应用,2019,24(02):118-120.

[4]张伟. 冰箱冷藏工况下新型复合相变蓄冷材料的制备及热性能研究[D].重庆大学,2013.

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