冷藏车降温数学模型建立与影响因素分析

基于动态热平衡理论,建立了冷藏车厢内温度随时间变化的降温数学模型,并对所建模型进行了相应的试验验证,进而分析了冷藏运输过程中相关参数对降温性能的影响.研究结果表明:冷藏车厢制冷降温过程中,车厢内的温度随时间的变化呈指数规律下降;车厢体隔热材料厚度减小、制冷机组制冷量减小,或车厢体隔热材料热导率增大、车厢外表面对太阳辐射的吸收系数增大、车速加大、车厢漏气倍数增大、货物呼吸热增大等均会导致车厢内降温所需时间延长,反之,车厢内降温所需时间将缩短,且以车厢体隔热材料的热导率、制冷机组制冷量、运输货物产生的呼吸热对冷藏车降温所需时间影响最大;当车厢体隔热材料热导率每增加0.001 W/(m·K)时,等同需要将车厢体隔热材料增加5 mm厚度;当车速在0～ 40 km/h内任意车速条件下行驶时,降温所需时间变化不大,而当车速在40 ～ 80 km/h范围内不同车速条件下行驶时,随着车速的提高降温所需时间将明显延长;车厢内空气流速对车厢内空气的降温快慢几乎没有影响.     

冷藏车开门状态升温影响因素分析

基于动态热平衡理论,建立了冷藏车开门状态厢内温度数学模型,并进行相应的试验验证,分析相关参数对车厢内温度的影响。研究结果表明:当制冷机组开启或关闭并打开车门6 min,车厢内初始温度为0℃时,前者比后者升温仅低0.3℃,车厢内初始温度为-15℃时,前者比后者升温仅低0.7℃。当车厢内初始温度为0℃,蒸发器出风口风速分别为4 m/s与2 m/s、或者当隔热材料导热系数分别为0.05 W/(m·K)与0.033 W/(m·K)时,冷藏车开门6 min后前者比后者温度升高均要低约0.2℃。此外,车厢内外的温差越大、车门开启越大、车厢体积越小,车厢内的温度升高也相应的越大;车厢外有、无风,或者风向不同,开门状态车厢内的升温快慢也不同。     

多温冷藏车降温特性及其影响参数研究

基于多温区冷藏车厢结构特点,考虑车外综合温度、车辆行驶速度、车厢密封性、冷冻与冷藏区的空气流动规律等因素,建立了多温冷藏车厢内各温区的降温数学模型,并对所建数学模型进行了相应的试验验证,进而分析了多温冷藏车降温性能的影响因素.研究结果发现:制冷降温过程中,冷藏车厢两温区温度均随时间呈指数规律下降;制冷机组制冷量变小、冷藏车厢内货物呼吸热增大、车速升高或者车厢体隔热材料导热系数变大时,两温区降温所需时间均延长;当两温区之间的电动风扇风速或出风口面积增大时,冷冻车厢内降温所需时间延长,而冷藏车厢降温所需时间缩短;当两车厢总体积不变,冷冻车厢体积增大、冷藏车厢体积变小时,冷冻车厢降温所需时间延长,而冷藏车厢降温所需时间基本保持不变;当两温区隔热板厚度发生变化时,两温区降温特性基本保持不变.     

农产品冷藏保温运输技术与装备研究

分析了目前农产品冷藏保温技术中制冷方式的选择问题,进而对冷藏运输车厢的热负荷与冷藏箱的结构、内容积、厢体的绝热层厚度、绝热材料以及生产加工工艺过程进行了研究,并通过对冷藏车厢体热负荷计算,分析了冷藏车热消耗的影响因素.同时,提出了机械制冷、半导体制冷是未来冷藏保温运输车发展趋势;冷藏保温厢体的设计应进行技术经济性比较分析,在适合农产品冷藏运输技术指标情况下确定经济合理的隔热层厚度和最优传热系数,为冷藏保温运输车的发展和普通货车改型提供了参考依据.     

卧式柴油机冷却水套结构优化与流动特性分析

针对卧式柴油机结构特点,设计了强制冷却闭式循环系统水套结构,在不同工况下对水套入口流量及关键点的温度和压力进行了测试与分析.利用计算流体动力学软件对冷却水套的流场、压力场和换热系数分布进行了分析,并对原水套结构进行了优化.结果表明:原水套平均流速为1.00 m/s,平均换热系数为7 767 W/( m2· K),压力损失为0.027 MPa,基本符合工程设计要求;但各缸冷却水流速和传热系数不均匀,在公共水腔中部、二缸缸体水套上部出现大的漩涡,二缸鼻梁区、两个排气道下方局部区域存在流动死区.结构优化后,水套平均流速达到1.35 m/s,平均换热系数达到9 826 W/(m2·K),较原方案分别提高了35％和26.5％.在热负荷最大的缸盖鼻梁区,冷却水平均流速达到1.33 m/s,提高了41.5％,换热系数都在5000 W/( m2· K)以上,没有出现原方案中的局部流动死区和大的漩涡.     

多温冷藏车降温影响参数敏感度分析

考虑到各参数敏感因子差异大,为了更加客观地分析多温冷藏车降温过程影响参数的影响程度,采用敏感权重分析方法,对多温冷藏车冷冻与冷藏车厢降温影响参数进行了敏感度分析。结果表明:对于冷藏车厢,当取δi为100 mm,λi为0.033 8~0.043 8 W/(m·K)时,权重对应呈反比关系,由0.564降至0.477;当δi取20~200 mm时,权重对应为0.448~0.126;当Ff取0.01~0.02 m2时,对应权重为0.28~0.113,其它参数的权重小到可以忽略;当δg、vw、Q0、vf、Ff、λi、δi、β1、H值增加30%时,对应的权重变化率分别为-32%、-36%、-30%、-37%、-34%、-17%、-30%、1%、0.5%,反之,减小30%时的权重变化率分别为90%、58%、42%、78%、56%、17%、44%、-1%、0.5%。冷冻与冷藏车厢的权重变化规律几乎相同,当vw、Q0、vf、Ff、δg、λi、δi、β2增加30%时,除β2权重变化率逐渐向正方向增大外,各敏感因子的权重变化率变化幅度都逐渐向负方向增大,对应的权重变化率分别为-23%、-39%、-35%、-29%、-46%、-19%、-20%、-5%;减小30%时,除β2权重变化率逐渐向负方向增大外,各敏感因子的权重变化率都向正方向逐渐增大,vw、Q0、vf、Ff、δg、λi、δi、β2的权重变化率分别为104%、50%、66%、54%、138%、20%、25%、5%。     

木屑热解挥发物冷凝特性研究

在自行设计的生物质热解挥发物两级冷凝特性参数测试系统上,进行了木屑在450、550、650℃下热解挥发物冷凝特性研究,其中,一级冷凝采用空气作为冷凝介质,二级冷凝采用水作为冷凝介质,计算了表面局部冷凝换热系数,以及冷凝液膜热阻和厚度。结果表明:一级冷凝换热系数随着温度的升高而减小,在热解温度为450℃时达到最大值671.02 W/(m2·K);二级换热系数随着温度的升高先增大后减小,在热解温度为550℃时达到最大值1.484×105W/(m2·K)。基于冷凝器内壁一维稳态冷凝换热特性,分析了冷凝液膜形成过程,存在3个阶段:液膜形成、液膜积累、液膜流动。在液膜形成和积累阶段,液膜厚度逐渐增大,热阻变大;液膜厚度达到一定程度后,冷凝液产生流动,在液膜流动初期,液膜厚度逐渐减小,热阻变小;在稳定流动期,热阻基本保持稳定。     

基于响应面法的永磁联轴器优化设计

为优化筒式永磁联轴器结构,建立其参数化有限元仿真模型,以增加转矩涡流损耗比为优化目标的响应面法为设计思路,以磁极对数、永磁体厚度、铜套厚度、气隙厚度等主要结构参数为设计变量,通过Design Expert软件中Box-Behnken组合设计方法进行响应面试验设计,利用Ansoft Maxwell有限元分析软件仿真结果确定样本数据,进一步拟合出永磁联轴器优化目标的响应面回归模型,分析模型的有效性并进行优化求解。优化结果表明,结构优化后的永磁联轴器转矩涡流损耗比从0.133 0 N·m/W增加到0.144 8 N·m/W,提升了8.87%,使得永磁联轴器结构得到优化,传动性能得到改进,进一步验证了本文设计方法的有效性和设计结构的合理性。     

生物炭对北方寒区农田土壤热性能参数的影响

为揭示生物炭对土壤热特性参数的影响规律,以施加不同生物炭的北方寒区农田土壤为研究对象,设置土壤含水率水平分别为0%、8%、16%、24%、32%、40%,利用ISOMET2114型热性能分析仪,测定土壤在15～-15℃温度范围内导热率、热扩散率和体积热容量的变异特征,探究生物炭调控作用下土壤热特性参数对水热环境的响应机理。研究结果表明:在冻结与非冻结状态下,随土壤含水率增加,土壤导热率、体积热容量和热扩散率均表现出增大趋势,在3℃条件下,生物炭含量为0 t/hm2、含水率为24%和32%时,土壤导热率相对于含水率为16%时分别增加0. 141 4、0. 580 5 W/(m·K)。随生物炭含量增加,土壤导热率和热扩散率呈降低趋势,体积热容量在非冻结情况下呈降低趋势,在冻结情况下则呈增大趋势,在-3℃条件下,含水率为32%、生物炭含量为4 t/hm2和6 t/hm2时,土壤体积热容量相对于0 t/hm2水平分别增加0. 16、0. 20 J/(cm3·K)。土壤导热率与含水率呈对数函数关系,土壤体积热容量与含水率呈线性函数关系,土壤热扩散率与含水率呈二次函数关系。本研究结果可为准确描述北方寒区农田土壤热性能和生物炭改良土壤技术提供理论依据。     

桥式起重机连接法兰的结构优化设计

利用ANSYS Workbench中的优化设计模块对桥式起重机连接法兰进行结构优化。首先对单梁桥式起重机整机进行静强度有限元分析,发现连接法兰处出现应力集中现象,需进行优化分析。以连接法兰的厚度和宽度为设计参数,以连接法兰的质量、体积、最大等效应力以及整机的最大变形量作为目标参数对连接法兰进行结构优化设计,最终得到了设计参数的最佳值。优化后连接法兰的应力集中问题得到了明显的改善,增加了连接法兰的强度,提高了结构的安全可靠性。     

多温区冷藏车气密性能影响参数理论分析与试验

从多温区冷藏车的渗风机理出发,构建渗风气流模型,对内部隔断系数、载荷系数、内流场扰动系数、热压差等影响参数展开理论分析和试验研究。认为多温区冷藏车渗风量是车辆本身气密性能、车速、内部隔断情况、装载状况和气流扰动等因素共同作用的结果。其中,内部隔断的存在有利于整车气密性的提高,但效用逐步递减。双温区冷藏车内部隔断系数为0.6~0.9,三温区冷藏车内部隔断系数为0.45~0.85。内部载货量对渗风有一定的隔阻作用但并不显著,试验车载荷量为25%、50%、75%、100%时,载荷系数分别为0.98、0.96、0.92、0.87。内部气流扰动在不同速度条件下对渗风的影响差异较大;试验车速度分别为20、40、60、80、100 km/h时,内流场扰动系数分别为0.68、0.85、0.94、0.97、0.98。由于多温区冷藏车多用于城市配送,常以中低速运行,车内空气循环能对渗风起到一定的抑制作用。此外,由于冷藏车高度较小,内外温差所产生的热压差也较小,理论分析显示约25 K温差产生1 Pa的热压差,在工程实践中可将冷藏车渗风视为单纯风压作用的结果。     

车外综合温度条件下典型冷藏车厢内热稳定性研究

综合考虑太阳直射辐射、天空散射辐射、地面反射辐射、室外空气温度及车辆运行速度多个因素,采用2阶谐波傅氏级数表达的车外壁面温度函数作为车厢外侧的边界条件,利用热工理论分析与试验验证相结合的方法,分析4种典型冷藏车隔热车厢对温度的衰减与延迟作用,以及厢内热稳定性的影响。结果表明:车厢的隔热材料不同,对车外综合温度的延迟时间与衰减倍数不同,厢体热惰性指标、热阻越大,延迟时间与衰减倍数相应越大;车辆行驶方向、隔热材料不同,车厢体内壁面温度也不同,但都按照正弦规律波动变化,且厢体内壁面温度逐时变化值接近厢内设定空气温度。车厢内的热稳定性主要由厢体隔热材料的热阻与热惰性指标决定,由好到差依次为真空绝热材料厢体、挤塑聚苯乙烯厢体、聚氨酯隔热厢体、聚苯乙烯隔热厢体。     

气流冲击式转筒干燥机设计与试验

设计了一种气流冲击式转筒干燥机,与常规式转筒干燥机相比,具有传热系数高、物料受热均匀、节约能源、单位体积装载量多等特点。干燥机采用保温隔热、热空气循环利用以及换气除湿等方法,工作时可根据不同物料的特性和产品要求调整热风温度、相对湿度、风速、转筒转速等工艺参数以及分支喷管直径、高度、倾角等结构参数。以牧草种子(披碱草种子)和胡萝卜丁为试验物料对气流冲击式转筒干燥机进行了性能试验,干燥后的披碱草种子可达到国家Ⅰ级种子标准,脱水胡萝卜丁复水后与原物料L、a、b色差ΔE仅为5.95。     

网格化低温相变储热单元传热性能预测研究

设计了内流式网格化低温相变储热单元。确定了影响相变储热单元传热系数的关键影响因素,分析了单一因素对相变储热单元传热系数的影响规律。分别在储热及放热工况下,采用改进的多元非线性回归法构建了相变储热单元传热系数的预测模型,并检验了拟合误差。结果表明：相变储热单元传热系数受相变储热材料侧平均温度及换热工质侧定性温度的协同影响,相变储热材料侧平均温度为主要影响因素,换热工质侧定性温度为次要影响因素,两者之间具有显著的交互性。储热或放热工况下,相变储热单元传热系数随单一因素的变化规律基本一致,储热阶段传热系数明显高于放热阶段,相变储热单元传热系数预测模型的平均相对预测误差均小于5.00%。     

碳塑太阳能平板集热器热损系数的研究

传统金属平板集热器因水质影响易发生管路腐蚀,而碳塑平板集热器的塑料管道具有良好的抗腐蚀性能,可以极大延长集热器的使用年限。基于碳塑太阳能平板集热器对其热损系数进行研究,通过对平板集热器的热损系数理论分析,提出在无太阳辐射的室内条件下进行热损系数的测定试验方法,本文提出的碳塑平板集热器测得的热损系数约在7.2 W/(m^2·K),顶部热损系数在4.3 W/(m^2·K)左右,顶部热损系数约占总热损系数的60%,结构设计基本上合理,最后对比分析理论值与试验值,发现误差均在10%以内,说明测定方法可靠。该研究简化集热器热损系数的测定步骤,在设计集热器时可参考该研究降低热损失。     

花生换向通风干燥性能模拟与分析

为了解固定床花生换向通风干燥作业特性,为已研发的箱式换向通风干燥设备提供合适的花生干燥通风参数,以花生与空气间的传热传质为基础,建立干燥状态偏微分方程组,并以此为基础采用有限差分法对干燥过程进行数学模拟,分析左右干燥室同时从下向上通风干燥时长、换向干燥阶段换向时间、单位体积通风量对干燥行为的影响,并采用均匀设计和综合加权评分法确定最优通风干燥参数。结果表明:从下向上通风阶段,热量主要用于花生加热和表层水分快速蒸发,下、中、上层物料干燥升温速度差明显,易形成较大水分梯度;换向通风干燥阶段,物料温度呈类波浪状波动,有效控制整床物料干燥均匀性。缩短从下向上通风时间,有助于降低耗能和水分差,但对干燥耗时和生产率影响较小;换向时间的改变对耗时、生产率、耗能、水分差影响较小;单位体积通风量的增加有助于干燥耗时、水分差的降低及生产率的提高,但耗能亦将快速增加。均匀设计和综合加权评分表明,含水率>25%阶段通风量1 394 m~3/(m~3h),含水率15%～25%阶段通风量838 m~3/(m~3h),含水率0.98,模拟仿真可准确描述干燥过程物料温度和含水率变化。为花生换向通风干燥设备改进和工艺优化提供参考。     

荔枝果肉热风干燥薄层模型

利用热泵干燥装置探讨了热风温度和热风风速对荔枝果肉干燥水分比MR和干燥速率U的影响。结果表明:荔枝果肉薄层热风干燥是内部水分扩散控制的降速干燥过程。对9种常见食品薄层干燥模型进行试验数据非线性拟合,通过比较评价决定系数R2、卡方χ2和标准误差eRMSE以及试验验证,结果显示Page模型是描述荔枝果肉薄层热风干燥过程的最优模型。不同干燥条件下有效水分扩散系数Deff和活化能Ea的求解结果表明,有效水分扩散系数Deff随热风温度和风速的增加而变大,平均活化能Ea为29.939 kJ/mol。     

凸轮式填料装置排料器的结构优化与运动仿真

在凸轮式填料装置的设计中,排料器滑板结构的厚度影响其应力。为此,对滑板结构进行了静力分析,并将最小安全系数与许用安全系数进行对比,在满足设计要求条件下对滑板结构的厚度进行优化,从而减轻排料器质量以节省材料。通过对滑板结构厚度优化后的排料器滚子质心的运动仿真可得到:滚子质心的运动轨迹与理论设计的凸轮轮廓线一致;滚子位移曲线所得到的滑板伸出滚筒长度的最大值与设计一致;滚子径向运动速度和加速度曲线规律符合设计要求。     

真空平板玻璃传热理论分析及试验

利用辐射-导热耦合模式分析真空平板玻璃的传热途径,通过传热量和传热系数的计算模型,建立真空玻璃的传热控制方程,计算出真空玻璃结构沿高度方向的温度分布和热流通量,并用试验验证了理论计算结果正确性。试验结果表明,真空玻璃传热系数与真空压强成正比,真空度决定真空玻璃绝热性能;真空玻璃外面镀低辐射膜隔绝了较多的辐射热交换,其效果比内面镀膜好。