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摘要：本文研究了冷藏车厢内温度场分布的优化问题，关键在于确保运输过程中食品的品质和安全。研究分析了冷藏车的结构和制冷原理，并探讨了制冷机送风方式、货物摆放、风速以及渗风现象等因素对温度场分布的影响。实验与分析结果指导了如何优化冷藏车的设计和使用，以提高温度场的均匀性和稳定性，确保食品在运输过程中的质量保持。该研究对提升冷藏物流的效率和食品保鲜效果具有实际应用价值。

关键词：冷藏车厢，温度场，制冷原理，优化

0引言

冷链物流提高了食品的保鲜能力，延长了食品的存储期，满足人们对新鲜食品的需求。冷藏车是冷链物流运输的主要工具，温度场分布情况能够反映冷藏车内制冷效果，所以对冷藏车厢内温度场分布进行研究具有重要意义。我国冷藏车研发起步较晚，冷藏车的品种、研发技术、保有量等方面仍处于较低水平，适宜的厢内温度是保证冷藏货物维持良好品质的基础。同时，温度也是影响微生物在食品中存活与增殖的关键因素，若食品未能在适宜的温度条件下储存，则食品将会腐败。冷藏车厢内温度场分布的均匀性和稳定性对于冷藏效果非常重要。只有在适宜的温度条件下，食物才能得到有效的保鲜和冷藏。冷藏车厢内的温度应该能够均匀分布，没有明显的冷热区域。如果温度分布不均匀，可能会导致某些区域的温度过高或过低，影响食物的冷藏效果。

1冷藏车厢体的结构及制冷原理

1.1冷藏车厢体构成及选材分析

冷藏车的厢体由以下几个主要部分构成：

1.1.1外部壳体

冷藏车的外部壳体通常采用复合材料或铝合金制成。这些材料具有轻巧、耐用、防腐蚀等优点，同时能够提供一定程度的保温隔热性能。

1.1.2内部壁板

冷藏车的内部壁板通常采用高密度聚氨酯发泡板制成。聚氨酯泡沫具有良好的保温性能，能够有效地隔离车内和外部环境的温度交换。

1.1.3地板

冷藏车的地板一般选择耐用、易清洁的材料，如铝合金地板或复合材料地板。这些材料能够承受货物的重量，同时也具有一定的隔热性能。

1.1.4门

冷藏车的门通常由铝合金或不锈钢材料制成，具有防腐蚀、耐用的特点。门上通常配置有密封条，以确保车内温度的密闭性。

5.保温材料：冷藏车厢体中的绝缘材料是保证车内温度保持稳定的重要组成部分，这些材料能够有效地阻隔热量传递，确保车内的冷藏效果。在当前的市场应用中，广泛采用的保温材料主要包括发泡聚苯乙烯（EPS）、硬质聚氨酯（PU）以及挤塑聚苯乙烯保温板（XPS）这三种类型。在这三种材料中，硬质聚氨酯展现出最低的导热系数，因而在国内以及冷藏车行业中得到了最为普遍的应用。紧随其后的是XPS材料，其导热系数虽略高于硬质聚氨酯，但由于其在低温条件下的稳定性更为优越、密度适中且成本相对较低，因此在国外已经被广泛用于冷藏车领域。在国内市场，XPS材料也被视为冷藏车保温材料领域未来发展的趋势。总之，冷藏车厢体的构成和材料选择都旨在提供良好的保温隔热性能，确保货物在运输过程中保持稳定的温度。具体的构成和材料选择可能会因制造商和车辆型号而有所不同。

1.2冷藏车厢制冷原理

冷藏车不应与冷库混为一谈。在公众的观念中，往往存在一种误解，认为冷藏车上的冷冻机组能够随意地将车厢内的货物降温至所需的冷冻温度或升温至所需的加热温度。然而，实际上冷冻机组的主要功能是维持货物的既定温度，而非用于改变货物的温度。冷藏车的制冷系统由制冷剂以及四个核心机械部件构成，包括压缩机、冷凝器、膨胀阀和蒸发器。这些部件协同工作，以确保货物在整个运输过程中保持在所需的温度范围内。因此，为了确保货物在运输过程中的温度稳定，预先调节货物至所需温度是必要的。

1.2.1压缩机

压缩机是制冷循环的动力，它由电动机拖动而不停地旋转，它除了及时抽出蒸发器内蒸气，维持低温低压外，还通过压缩作用提高制冷剂蒸气的压力和温度，创造将制冷剂蒸气的热量向外界环境介质转移的条件。即将低温低压制冷剂蒸气压缩至高温高压状态，以便能用常温的空气或水作冷却介质来冷凝制冷剂蒸气。

1.2.2冷凝器

压缩机是制冷循环系统的动力源，由电动机驱动持续旋转。其主要功能不仅是及时地从蒸发器中抽出制冷剂蒸气，以维持蒸发器的低温低压状态，而且还通过压缩作用提升制冷剂蒸气的压力和温度。这一过程为制冷剂蒸气中的热量向外界环境介质转移创造了必要条件。

1.2.3膨胀阀

膨胀阀将高压常温的制冷剂液体通过降压装置——膨胀阀，得到低温低压制冷剂，再送入蒸发器内吸热蒸发。

1.2.4蒸发器

蒸发器作为一种热交换设备，其主要功能是将节流后的低温低压制冷剂液体在其中转化为蒸气。在这一转化过程中，制冷剂液体吸收了被冷却物质的热量，导致物质的温度降低，从而实现冷藏的目的。

制冷机的制冷原理基于对制冷剂蒸气的压缩和减压。制冷循环的过程包括以下几个步骤：首先，压缩机吸入从蒸发器出来的低温低压制冷剂蒸气，通过压缩作用提高其压力和温度；随后，高压高温的制冷剂蒸气被送入冷凝器，在其中释放热量并冷凝成高压液体。经过节流阀（膨胀阀）的节流作用，高压液体的压力降低，转化为低温低压液体，然后流入蒸发器。在蒸发器中，低温低压液体的压力进一步降低，同时吸收热量并蒸发成为低温低压蒸气，这一蒸气再次被压缩机吸入，从而完成一个完整的制冷循环。制冷机工作原理如图1所示

2冷藏车厢内影响温度场分布的主要因素

2.1制冷机送风方式

冷藏车厢是用来运输易腐烂食品的专用车辆，而制冷机则是冷藏车厢中最为重要的设备之一。制冷机的送风方式直接影响着冷藏车厢内食品的保存效果和温度均匀性。目前，市场上最新的制冷机送风方式主要有以下几种：

2.1.1顶部送风方式

这种方式是将制冷机安装在冷藏车厢的顶部，通过顶部的送风口将冷空气均匀地送入整个车厢内。这种方式的优点是可以保证空气在车厢内的循环和均匀分布，可以有效防止食品局部温度过高或过低，保证食品的新鲜度和质量。但是，顶部送风方式也存在一些缺点，比如安装比较复杂，维护成本较高。

2.2.2底部送风方式

与顶部送风方式相反，底部送风方式是将制冷机安装在冷藏车厢的底部，通过底部的送风口将冷空气从下往上送入车厢内。这种方式的优点是可以有效防止食品受到底部冷空气的直接影响，减少食品的受损率。同时，底部送风方式也可以提高车厢内的空气循环效果，保持食品的新鲜度。但是，底部送风方式也存在一些缺点，比如车厢内空间利用率低，不利于食品的存放和取出。

2.2.3侧面送风方式

这种方式是将制冷机安装在冷藏车厢的侧面，通过侧面的送风口将冷空气从侧面送入车厢内。这种方式的优点是可以有效避免顶部或底部送风方式可能存在的食品局部温度过高或过低的问题。同时，侧面送风方式也可以提高车厢内的空气循环效果，保持食品的新鲜度。但是，侧面送风方式也存在一些缺点，比如安装位置受限，不利于制冷机的维护和维修。

2.2.4梯度送风方式

赵时等[1]提出梯级送风的方式优化，有梯级送风时，整个车厢的气流分布更加均衡，提高了温度场的均匀性。车厢顶部射流区的气流相比无梯级送风时较为稀疏，说明在梯级风机的作用下，射流区冷风的下沉作用有明显加强，有利于冷风向车厢中部扩散。使得车厢中部和车厢前部也有足够的冷风进入。不同的制冷机送风方式各有优缺点，选择适合自己需求的方式可以最大程度地提高冷藏车厢内食品的保存效果和温度均匀性。梯度送风车厢内循环如图2所示

2.2风速对温度场的影响

在冷藏车厢中，制冷机送风风速对温度场的影响是非常重要的。通过调节送风风速，可以有效地控制车厢内的温度分布，达到节能的目的。

首先，送风风速的调节直接影响了空气的对流换热效率。当送风风速较大时，空气在车厢内的流动速度加快，导致热量的传递更加迅速，车厢内的温度也会更快地达到稳定状态。相反，当送风风速较小时，空气的流动速度较慢，热量的传递速度也会减慢，车厢内的温度变化会较为缓慢。因此，通过调节送风风速，可以有效地控制车厢内的温度升降速度，从而降低能耗。

其次，送风风速的调节还可以影响车厢内的温度分布均匀程度。在制冷机送风的过程中，如果送风风速不均匀，会导致车厢内部的温度分布不均匀，部分区域可能会出现温度过高或过低的情况。这样不仅会浪费能源，还会影响冷藏车的保鲜效果。通过合理调节送风风速，可以使车厢内的温度分布更加均匀，提高冷藏效果，减少能源消耗。

2.3渗风现象对温度场的影响

冷藏车厢是一种专门用于运输易腐烂或易变质食物的专用车辆，具有保持低温的功能。在运输过程中，经常会遇到一个现象，即冷藏车厢内会出现渗风现象。这种现象指的是冷藏车厢内外温度差异引起的空气对流，导致外部空气渗入车厢内部，从而影响冷藏效果。接下来，将就渗风现象进行详细解释，并阐述其对温度场的影响。

冷藏车厢内外温度差异是导致渗风现象的主要原因。当冷藏车厢内部温度低于外部环境温度时，由于温度差异的存在，空气会产生密度差异，从而形成对流现象。这种对流会导致外部空气通过一些缝隙、漏洞或门缝等进入车厢内部，从而形成渗风现象。此外，冷藏车厢内部的风道设计不当、密封不严等因素也会加剧渗风现象的发生。

渗风现象对温度场的影响。首先，渗风现象会导致冷藏车厢内部温度不稳定。由于外部空气不断渗入车厢内部，会导致车厢内部温度的波动，使得冷藏效果受到影响。其次，渗风现象还会增加冷藏车厢内部的能耗。当外部空气不断渗入车厢内部时，车厢内部的制冷设备需要不断工作以维持厢内温度，从而增加能耗。此外，渗风现象还会导致冷藏车厢内部的湿度增加，影响食物的保存质量。

为了减少渗风现象对温度场的影响，可以采取一些措施。首先，冷藏车厢的设计要合理，确保车厢内部密封性好，减少渗风现象的发生。其次，在使用过程中要及时检查车厢的密封性，如门缝是否闭合严密等，及时修补漏洞，防止外部空气渗入车厢内部。可以在车厢内部设置风道，加强对流通风，减少渗风现象的发生。刘广海[6]从多温区冷藏车的渗风机理出发，构建渗风动态气流模型，对多温区冷藏车的内部隔断系数、载荷系数、内流场扰动系数、热压差等多个系数进行了理论分析和试验测定，认为在工程实践中，可将冷藏车渗风近似视为单纯风压作用的结果。其渗风量受车辆气密性能、车速、内部隔断情况、装载状况和气流扰动等因素共同影响。多温区冷藏车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

渗风现象是冷藏车厢运输过程中常见的现象，其主要原因是内外温度差异引起的空气对流。渗风现象会影响冷藏车厢内部的温度场，导致温度不稳定、能耗增加和湿度增加等问题。为了减少渗风现象对温度场的影响，我们可以从车厢设计、密封性检查和通风等方面入手，采取相应的措施。图3为冷藏的渗风现象示意图。

3影响冷藏车厢温度场分布的其他问题及优化方法

3.1冷藏车厢内部的绝热性能

绝热性能好的冷藏车厢能够有效地减少热量的传递，从而保持车厢内部的温度稳定。如果冷藏车厢的绝热性能较差，热量会更容易传递到车厢内部，导致温度分布不均匀。当冷藏车厢内部温度不均匀时，可能会造成部分货物温度过高或过低，影响货物的质量和保鲜效果。因此，提高冷藏车厢的绝热性能可以有效地优化温度场分布，保证货物在运输过程中保持适宜的温度，确保货物的质量和安全。

3.2制冷系统的性能

制冷系统的性能对冷藏车厢内温度场分布也有着重要影响。制冷系统的性能包括制冷量、制冷效率以及温度控制的稳定性等方面。

制冷系统的制冷量直接影响着冷藏车厢内的温度分布。如果制冷量不足，可能导致部分区域温度过高，无法达到所需的冷藏温度，从而影响货物的保鲜效果。另一方面，如果制冷量过大，可能会导致某些区域温度过低，造成货物冻结或者结露，影响货物的品质。

制冷系统的制冷效率也会影响冷藏车厢内的温度场分布。高效的制冷系统能够更快速地将车厢内的温度降低到设定的冷藏温度，同时能够更稳定地维持该温度，从而保证货物的质量和安全。

制冷系统的温度控制稳定性也是影响冷藏车厢内温度场分布的重要因素。制冷系统应该能够根据外部环境温度和车厢内的货物量进行自动调节，以确保车厢内的温度保持在一个稳定的范围内。如果温度控制不稳定，可能会导致温度波动较大，影响货物的保鲜效果。

3.3优化建议

为提高冷藏车的温度场分布均匀性和降低能耗，我建议添加一种基于实时监控与反馈的优化方法。

3.4.1引入智能传感技术

部署多点温度传感器于车厢内不同位置，实时监测各区域的温度。通过这些数据，可以更准确地理解温度分布的实际情况，并对其进行实时监控。

3.4.2动态调整制冷策略

根据传感器反馈的数据，动态调整制冷系统的工作参数，如制冷强度、送风速度和送风方向，确保温度分布的均匀性。特别是在货物摆放变化或外界温度波动较大时，系统能够自动调整，以适应内部负载和外界环境的变化。

3.4.3优化货物摆放

基于温度场分布的数据分析，提供货物摆放的建议，以减少空气流动的阻碍，改善冷风分布。例如，建议将温度敏感度较高的货物放置在温度更稳定的区域。

4结语

在本文中，探讨了冷藏车厢内温度场分布的研究，重点关注了制冷机的送风方式、货物摆放位置、风速及渗风现象等多个因素对温度场分布的影响。通过这些研究，我们不仅深入理解了冷藏车厢内温度分布的机理，还提出了相应的优化措施，旨在提高冷藏效率和货物的保鲜品质。

展望未来，随着我国经济的快速发展和居民生活水平的不断提高，对于冷链物流配送的需求将更加迫切。高效、可靠的冷链物流不仅是保障食品安全、提升食品品质的关键，也是推动农业升级、促进消费升级的重要力量。因此，我们期待国家能够进一步加强对冷链物流配送体系的投入和支持，促进冷链物流技术的创新和应用，提升整个行业的服务水平和效率。

参考文献

[1]赵时. 冷藏车厢内温度场优化及智能控制研究[D].山东大学，2020.DOI：10.27272/d.cnki.gshdu.2020.000613.

[2]张超，董雪临，马越等.冷藏运输中堆放位置对鲜切荷兰芹品质的影响[J].现代食品科技，2017，33（04）：176-180+299.DOI：10.13982/j.mfst.1673-9078.2017.4.027.

[3]徐倩，谢晶.多温区冷藏车厢体内温度场和速度场的数值模拟及优化设计[J].食品与机械，2008，No.128（06）：88-92+101.DOI：10.13652/j.issn.1003-5788.2008.06.011.

[4]邸倩倩，闫志浩，刘斌等.风速对液氮冷藏车内温度的影响[J].低温与超导，2016，44（11）：48-53+68.DOI：10.16711/j.1001-7100.2016.11.009.

[5]徐倩，谢晶.多温区冷藏车厢体内温度场和速度场的数值模拟及优化设计[J].食品与机械，2008，No.128（06）：88-92+101.DOI：10.13652/j.issn.1003-5788.2008.06.011.

[6]刘广海，谢如鹤，邹毅峰等.多温区冷藏车气密性能影响参数理论分析与试验[J].农业机械学报，2017，48（01）：289-296.

东北林业大学-大学生创新训练项目-（项目编号：202310225623）