液氮制冷低温物流箱的设计与实验研究

发布时间：2017-06-08 13:05

  本文关键词：液氮制冷低温物流箱的设计与实验研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着全球经济的飞速发展和人们在生活水平上的较大提高,人们的饮食结构逐渐变化,随之而来的问题是食品质量和食品安全如何保障。冷链是保证易腐食品达标的重要流通手段,对保障食品质量安全具有重要意义。目前,冷链流通设备主要是满足-18℃以上食品冷冻冷藏的需求,-18℃~-60℃的低温冻藏设备十分欠缺。本课题设计一种液氮制冷低温物流箱,针对-18℃以下的食品低温流通,弥补超低温产品在低温冷链末端薄弱环节造成的损失。本文采用理论计算、数值模拟和实验研究相结合的方式对低温物流箱进行了设计。根据国内外相关研究的文献进行理论计算;其次利用FLUNT软件对保温层传热、风机的风速优化选择和金枪鱼鱼块温度变化进行数值模拟;最后对物流箱实载条件下冷冻冷藏过程温度变化进行测试,通过改变入口风速对鱼块温度变化及液氮量消耗情况进行实验研究,通过对比模拟值和实验值,验证模型建立的正确性。(1)保温结构的模拟结果表明,真空板位于复合结构中间时温差最大,比在低温侧时高约2.2℃,而真空板靠近高温处和低温处时,温度差无明显差异,说明真空板位于中间时较有利于发挥其隔热性能;不同保温结构模拟结果表明,复合结构(VIP+PU)的隔热性能明显优于同厚度聚氨酯材料(PU)。不同风速对箱内食品温度变化情况的模拟结果表明,风速为1.5m/s时箱内食品温度变化较为理想,箱内食品冷冻时间为240min。(2)对物流箱空载条件下箱内温度变化进行的实验结果表明,箱内温度随时间迅速降低,当箱内温度达到设定值后出现过冷,过冷大约10min,随后逐渐趋向设定值,最终箱内温度保持在设定值(-60℃)附近。实载条件下的实验表明,纵向温度分布差别较小,横向温度分布存在较大差别。(3)对物流箱进行了12小时实载实验,结果显示,液氮罐容积可以满足12小时的冻藏运输,风速为1.5m/s条件下液氮消耗量较自然换热条件下消耗量多1.6Kg,高出6.4%。(4)在实载条件下的实验数据与模拟结果进行比较可见:实验结果与模拟结果的温度变化趋势较为吻合,数值计算的冻结时间为162min,实验的结果为144min,两者之间的相对误差为11.11%。对单个鱼块冻结过程的模拟结果显示,其降温过程遵从柯恩达效应,两端温降比上下两侧明显要快;数值计算与实验结果较吻合,数值计算的冻结时间结果为123min,实验的结果为138min,两者之间的相对误差为10.87%。
【关键词】：液氮制冷 低温物流箱 冷冻时间 液氮消耗量
【学位授予单位】：天津商业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB658
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-10
• 第一章 绪论10-19
• 1.1 选题的背景及意义10-11
• 1.2 课题相关的研究现状11-16
• 1.2.1 冷链物流的研究现状11-12
• 1.2.2 液氮制冷的研究现状12-14
• 1.2.3 真空板在制冷行业的研究现状14-15
• 1.2.4 数值模拟在冷冻冷藏技术的研究现状15-16
• 1.3 液氮制冷物流箱的研究内容16-18
• 1.3.1 问题的提出16-17
• 1.3.2 本文的研究目的17-18
• 1.3.3 本文的研究内容18
• 1.4 本章小结18-19
• 第二章 液氮制冷低温物流箱的设计19-30
• 2.1 液氮制冷低温物流箱的介绍19-20
• 2.2 箱体各部件结构设计20-24
• 2.2.1 箱体设计原理及尺寸20-21
• 2.2.2 保温结构的设计21-23
• 2.2.3 换热方式的选择23
• 2.2.4 温度控制器的选择23
• 2.2.5 液氮罐自增压系统23-24
• 2.3 液氮制冷低温物流箱的设计24-29
• 2.3.1 箱体的热力计算24-28
• 2.3.2 液氮耗散量计算28-29
• 2.4 本章小结29-30
• 第三章 物流箱温度分布及食品冷冻过程的模拟与分析30-63
• 3.1 数值传热学的基本思想30
• 3.2 数值模拟过程30-31
• 3.3 液氮制冷低温物流箱保温层的温度场模拟及分析31-39
• 3.3.1 建立箱体保温层模型31-32
• 3.3.2 模型的网格划分32-33
• 3.3.3 数学模型33-34
• 3.3.4 边界条件及初始条件34
• 3.3.5 结果与分析34-39
• 3.4 液氮制冷低温物流箱模拟结果及分析39-55
• 3.4.1 建立几何模型39-40
• 3.4.2 网格划分40
• 3.4.3 基本假设40-41
• 3.4.4 数学模型41-44
• 3.4.5 不同风速对低温物流箱满载温度场的影响分析44-53
• 3.4.6 不同风速对低温物流箱满载速度场的影响分析53-55
• 3.5 单块金枪鱼冻结过程的数值模拟55-62
• 3.5.1 建立几何模型及网格划分55-56
• 3.5.2 数学模型建立56-58
• 3.5.3 定义计算参数58
• 3.5.4 定义初始条件和边界条件58-59
• 3.5.5 数值模拟结果59-62
• 3.6 本章小结62-63
• 第四章 液氮制冷低温物流箱的实验研究结果与分析63-78
• 4.1 实验系统介绍63
• 4.2 实验目的63
• 4.3 实验材料及装置63-67
• 4.3.1 实验材料63
• 4.3.2 实验装置及仪器63-66
• 4.3.3 测量器材介绍66-67
• 4.4 实验内容67-70
• 4.4.1 测量对象67-69
• 4.4.2 实验步骤69-70
• 4.5 实验结果及分析70-74
• 4.5.1 空载时箱内温度变化70
• 4.5.2 实载时箱内温度变化70-73
• 4.5.3 液氮消耗量73-74
• 4.6 数值模拟与实验的对比74-77
• 4.6.1 满载时箱内鱼块数值计算值和实验值的对比74-76
• 4.6.2 单个鱼块模拟值和实验值的对比76-77
• 4.7 本章小结77-78
• 第五章 结论与展望78-81
• 5.1 结论78-80
• 5.2 展望80-81
• 参考文献81-85
• 发表论文及参加科研情况说明85-86
• 致谢86-87

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