多层级苹果预冷过程模拟及预冷控制决策优化

发布时间：2021-08-10 19:48

　　预冷是采后新鲜果蔬进入冷链低温环境的第一环节,也是确保后续冷链各环节（冷藏、运输、销售环节）果蔬质量和安全,延长果蔬货架期,扩大销售范围以及提升冷链物流全链条经济效益的关键,因此对采后新鲜果蔬进行及时预冷也已成为当今冷链物流运营商的一项必备增值业务。本文以富士苹果差压预冷过程为例,构建果品、通风箱体与衬垫真实三维模型,利用计算流体力学（computational fluid dynamics,CFD）数值模拟仿真与现场实验相结合的方式对苹果预冷过程从微观的冷空气流动、热量和质量传递到宏观的果品冷害、水分流失以及预冷过程能耗量上进行全面地、细节性地研究和分析,同时以获取的大量模拟数据为基础构建BP神经网络模型,这对于便捷地预冷性能综合性评估、预冷操作控制的决策优化及预冷过程的智能化控制的进一步实现提供了可靠的参考价值。本论文的主要研究内容与创新主要集中在以下3个方面:（1）高精度CFD数值模型的构建:以小型冷库为试验平台并构建其三维实体模型,通过CFD模拟仿真对比分析6种不同湍流模型（standardκ-ε,RNGκ-ε,Realizableκ-ε,standardκ-ω,SSTκ-ω,... 

【文章来源】：北京工业大学北京市 211工程院校

【文章页数】：146 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 研究背景与意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 CFD数值模拟在采后果蔬预冷中的应用
        1.2.2 CFD多孔介质模型的应用
        1.2.3 CFD直接数值模型的应用
        1.2.4 CFD数值模拟的优势与不足
        1.2.5 人工神经网络在农产品中的应用
        1.2.6 存在问题及趋势分析
    1.3 本文主要研究目标与内容
        1.3.1 研究目标
        1.3.2 研究内容
        1.3.3 论文创新
    1.4 本文结构安排
第2章 CFD湍流模型比较分析及最佳湍流模型选取
    2.1 模型构建与网格化
        2.1.1 物理模型
        2.1.2 数学模型与6种湍流模型
        2.1.3 实验方法与数值方法
        2.1.4 初始条件与边界条件
        2.1.5 网格划分
    2.2 结果与分析
        2.2.1 温度平均值比较
        2.2.2 风速值比较
    2.3 本章小结
第3章 基于球体模型的苹果接触点局部处理方式比较
    3.1 物理模型与网格化分
        3.1.1 单果模型
        3.1.2 两果模型
    3.2 数学模型与能量模型构建
        3.2.1 数学假设与控制方程
        3.2.2 初始与边界条件
        3.2.3 物性参数
    3.3 实验方法
        3.3.1 CFD模拟
        3.3.2 验证方法
    3.4 结果与分析
        3.4.1 单果模型
        3.4.2 两果模型
        3.4.3 实验验证
    3.5 本章小结与讨论
第4章 不同结构苹果包装箱预冷性能比较
    4.1 箱体物理模型构建
    4.2 数学模型
        4.2.1 模型假设与控制方程
        4.2.2 初始条件与边界条件
        4.2.3 离散化与网格敏感性分析
    4.3 冷却性能评估
        4.3.1 冷却速率
        4.3.2 冷却均匀性
        4.3.3 冷却能耗量
    4.4 预冷试验
        4.4.1 实验设计
        4.4.2 果品质量评估
        4.4.3 实验设备参数及相关物性参数
        4.4.4 模型验证
    4.5 结果与分析
        4.5.1 模型验证
        4.5.2 冷却速率和冷却均匀性
        4.5.3 不同送风速率所需能耗量比较
    4.6 本章小结
第5章 堆栈方式下苹果预冷性能分析与验证
    5.1 托盘化果品物理模型构建
        5.1.1 果品、包装箱与托盘
        5.1.2 预冷实验
        5.1.3 实验测量
        5.1.4 果品质量评估
    5.2 数值模拟仿真
        5.2.1 模型假设
        5.2.2 边界条件设置
        5.2.3 网格化及数值模拟方法
        5.2.4 冷却速率与均匀性评估
        5.2.5 预冷系统能耗评估
    5.3 结果与分析
        5.3.1 冷却速率
        5.3.2 冷却均匀性
        5.3.3 预冷系统能耗量
        5.3.4 果品质量损失评估
        5.3.5 实验验证
    5.4 本章小结
第6章 基于拉格朗日插值法的粒子群算法单目标寻优能力优化
    6.1 粒子群算法
        6.1.1 基本粒子群算法
        6.1.2 粒子群算法的相关变体
    6.2 粒子群算法的改进
        6.2.1 自适应惯性权重
        6.2.2 拉格朗日插值法在改进粒子群算法中的应用
        6.2.3 收敛粒子的高斯突变
    6.3 实验研究
        6.3.1 基准测试函数
        6.3.2 不同算法之间的比较及参数设置
        6.3.3 实验结果
    6.4 本章小结
第7章 基于改进粒子群算法与BP神经网络构建苹果预冷性能预测模型及系统实现
    7.1 BP神经网络模型设计
        7.1.1 样本数据获取
        7.1.2 模型构建
        7.1.3 模型训练方法
        7.1.4 模型验证
    7.2 系统开发
        7.2.1 系统实现技术
        7.2.2 系统实现过程
        7.2.3 系统功能及意义
    7.3 本章小结
结论与展望
    结论
    展望
参考文献
攻读博士学位期间所取得的研究成果
攻读博士学位期间参与科研项目
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]送风风速对苹果差压预冷性能的影响[J]. 韩佳伟,赵春江,杨信廷,钱建平,邢斌,范蓓蕾.  农业机械学报. 2015(11)
[2]基于BP神经网络的鲜鸡蛋货架期预测模型[J]. 刘雪,李亚妹,刘娇,钟蒙蒙,陈余,李兴民.  农业机械学报. 2015(10)
[3]冷链物流研究中的计算流体力学数值模拟技术[J]. 赵春江,韩佳伟,杨信廷,钱建平,刘寿春.  农业机械学报. 2015(03)
[4]基于遗传BP神经网络的核桃破裂功预测模型[J]. 张宏,马岩,李勇,张锐利,张学军,张锐.  农业工程学报. 2014(18)
[5]包装对食品冻结过程的影响研究[J]. 王贵强,邹平华,刘明生,刘永鑫.  农业机械学报. 2014(07)
[6]包装箱内层装果品差压预冷温度场的数值模拟与验证[J]. 陈秀勤,卢立新,王军.  农业工程学报. 2014(12)
[7]基于CFD的冷藏车车厢内部温度场空间分布数值模拟[J]. 赵春江,韩佳伟,杨信廷,钱建平,邢斌.  农业机械学报. 2013(11)
[8]基于CFD数值模拟的冷藏车节能组合方式比较[J]. 韩佳伟,赵春江,杨信廷,钱建平,邢斌,范蓓蕾.  农业工程学报. 2013(19)
[9]BP神经网络结合有效积温预测速冻水饺变温冷藏货架期[J]. 潘治利,黄忠民,王娜,张卓,谢新华,索标,卢邦贵,艾志录.  农业工程学报. 2012(22)
[10]荔枝压差预冷包装箱内气流场模拟与试验[J]. 杨洲,陈朝海,段洁利,吕恩利,刘灿成,王亮.  农业机械学报. 2012(S1)



本文编号：3334676