冷藏箱结构学术论文

冷藏箱箱体内温度场与流场的分布均匀性与箱体的结构有着密切的关系，下面是小编整理的冷藏箱结构学术论文，希望你能从中得到感悟!

冷藏箱结构学术论文篇一

冷藏箱数值模拟的研究

【摘 要】冷藏箱箱体内温度场与流场的分布均匀性与箱体的结构有着密切的关系，数值计算方法能够为冷藏箱结构优化提供一种省时省力的重要工具。近年来，随着计算机技术的快速发展，计算流体软件CFD越来越多的应用于冷藏箱的结构优化中。本文介绍了指出了冷藏箱研发以及使用当中遇到的一些问题，并介绍了国内外研究人员使用CFD优化箱体结构的经验。

【关键词】冷藏箱;结构优化;数值计算方法;温度场;CFD

0 引言

随着社会的发展，人们生活水平的提高，对冷藏箱的需求也越来越大，同时对冷藏箱的要求也越来越高，不仅要求能够更好的保存物品的质量，而求要求能够节能和环保。如何设计能够更好地满足用户要求的冷藏箱是各个生产厂家面临的主要问题。目前冷藏箱仍然面临着一些问题，比如箱体内部温度场不均匀，某些部位温度超标，影响了物品的保存;压缩机的频繁开停机以及外界环境通过壁面和门封向箱体内部的漏热导致冷藏箱耗能的增加等问题，严重影响着冷藏箱的发展。因此如何更加有效快速的对冷藏箱箱体的结构进行优化，来改善冷藏箱的性能，是国内外学者以及公司设计人员的研究重点[1-2]。

许多企业在设计冷藏箱时还是采用传统的实验方法，不仅耗时耗力，而求很难达到预期的效果。随着计算机技术与数值传热学的结合，计算流体力学软件CFD得到快速的发展，也已运用到了冷藏箱的设计以及结构优化中去，不仅能够缩短设计周期，而且节省了大量的财力。目前，国内外的研究人员在设计冷藏箱时应用CFD有了很多的研究成果。

1 冷藏箱箱体内温度场与流场分析

冷藏箱箱体内温度场与流场的分布是否均匀，不仅影响着保存物品的质量，而且影响着冷藏箱的功耗。温度场与流场的优化如果仅仅靠做实验的方法来进行，不仅周期较长，而且需要大量的人力物力，不符合企业的利益;因为与温度场和流场的分布有关参数有多个，工作量太大，而且如果要测量流场需要布置大量的传感器，这样做又破坏了箱体内温度场与流场的分布[3]。数值模拟仿真能够较真实的模拟箱体内的温度场与流场的实际分布情况，已成为研究人员进行流场计算与优化的重要工具，为冷藏箱箱体的结构优化提供了依据。

为了能够使模型简单，考虑到箱体结构的对称性，很多学者对箱体的二维温度场与流场进行了研究。凌长明，陶文铨建立了冰箱非稳态自然对流换热的二维计算模型，分析三个互不相通空腔内的自然对流换热情况，计算了周期性非稳态工况下温度场和流场的分布[4]。

上海交通大学的丁国良等使用有限元软件FIDA7.6，模拟了冰箱二维稳态自然对流空气流场分布情况，并研究了内部热负荷、隔板以及蒸发器和门之间的间距、内部隔板的导热系数对箱体内部温度场和流场分布的影响[5]。

周湘江等针对冰箱周期性非稳态传热的特点，把导热、对流和辐射作为整体耦合求解，使用二维模型进行模拟仿真得出箱体内传热规律以及辐射的影响[6]。

吴小华采用FLUENT软件建立了冰箱三维几何模型，分别模拟网状和平板搁物架时箱体内温度场和流场的分布，得出了较为合理的结构，同时提出了优化的方向[7]。

于兵应用PHOENICS软件模拟了间冷式冰箱箱内温度场与流场的分布情况，在建立物理模型过程中，对其做出一些简化;通过分析得知，计算结果与实验结果基本吻合，并且可以忽略浮升力的影响[8]。

苏秀平等应用FLUENT软件计算了间冷式冰箱风扇区域流场，采用二阶k-ε湍流模型，风扇叶片区域使用多坐标模型，蒸发器区域使用多空介质模型，提出了风扇盖板的改进措施[9]。

俞炳丰等使用PIV技术测量了间冷式冰箱内部流场，并将采用k-ε紊流模型计算模拟得到的结果与测试结果对比分析，得出计算模型的正确，为箱体的结构优化提供了依据[10]。

2 冷藏箱研究中存在的问题

很多学者为了问题的简化，大都研究了冷藏箱的二维稳态情况，而很少考虑三维非稳态的情况，忽略了整体的影响，因此计算结果有片面性，计算结果的误差较大。数值计算中没有考虑箱体内的辐射换热，而因为箱体各壁面的温差较大，辐射换热对箱体内温度场与流场的分布有着重要的影响[11]。同时，门缝结构对箱体内温度场与流场分布的影响，无论是通过实验的方法还是数值计算方法，存在一定的难度，因此需要更有效的解法。

3 总结

从以上分析可以看出，CFD已在冷藏箱箱体结构设计以及优化发挥了重要的作用，但是还有很多值得我们去探索的地方：

(1)CFD在冷藏箱箱体温度场与流场的计算模拟中已经应用的非常成熟，但是很多都是为了简化问题模拟了箱体的二维稳态情况，对三维非稳态情况涉足较少，而下一步的工作需要考虑所有的箱体壁面辐射换热问题。

(2)模拟计算中通常将箱体作为一个空腔结构，忽略了搁架以及放置物品对冷藏箱内部换热和流场的影响，但实际中搁架及其上的物品对冷藏箱内部温度场和流场分布较大的影响。

(3)蒸发器的位置以及形式对箱体内换热的影响，通常考虑的是它对冷藏箱能耗以及本身换热性能的研究，而忽略了它的位置和形式对箱体的温度场与流场分布的影响。

【参考文献】

[1]乔洪涛，卢智利，丁国良，张春路.CFD在冰箱结构优化中的应用现状[J].低温工程，2003(4).

[2]Cezar O.R. Negrao， Christian J.L. Hermes. Energy and cost savings in household refrigerating appliances： A simulation-based design approach[J]. Applied Energy，2011，88：3051-3060.

[3]C.Conceicao Antonio， C.F. Afonso. Air temperature fields inside refrigeration cabins： A comparison of results from CFD and ANN mode lling[J]. Applied Thermal Engineering，2011，31：1244-1251.

[4]凌长明，陶文铨.冰箱内非稳态自然对流的二维数值模拟[J].西安交通大学学报，1995，29(10)：35-41.

[5]Guo Liang Ding， Hong Tao Qiao， Zhi Li Lu. Ways to improve thermal uniformity inside a refrigerator[J]. Applied Thermal Engineering，2004，24：1827-1840.

[6]周湘江，凌长明.家用冰箱内传热的非稳态数值研究[J].中南工学院科技通讯，1999，15(1)：21-24.

[7]吴小华，张Z，宋春节.冰箱冷藏室温度场和流场的仿真与优化[J].北京石油化工学院学报，2006，1(3).

[8]于兵，童灵，阙雄才.间冷冰箱三维气固耦合传热与流动数值研究[J].1998(7).

[9]苏秀平，陈江平，陈芝久，等.间冷式冰箱风扇区域流场的数值模拟和优化[J].上海交通大学学报，2003，37(7)：1133-1136.

[10]俞炳丰，费继友，孟祥兆，等.间冷式冰箱冷冻室内流场的PIV测试和计算模拟[J].制冷学报，2003(2)：32-36.

[11]Bruno N. Borges， Christian J.L. Hermes， Joaquim. Gonalves， Claudio Melo. Transient simulation of household refrigerators： A semi-empirical quasi-steady approach[J]. Applied Energy，2011，88：748-754.

冷藏箱结构学术论文篇二

浅议冷藏集装箱隔热箱板中间分层的质量问题

摘 要：阐述了影响冷藏集装箱绝热箱板中间分层的因素以及预防控制措施,着重分析了环氧粘接剂涂层与发泡体层分层的影响因素以及预防控制措施。

关键词：冷藏集装箱;隔热箱板;聚氨酯硬泡;发泡体;环氧粘接剂;分层

0前言

冷藏集装箱是一具有良好隔热、气密，且能维持一定低温要求，适用于各类易腐食品的运送、贮存的特殊集装箱。通常冷藏集装箱采用钢结构，箱内壁、底板、顶板和门由金属复合板、铝板、不锈钢板或聚酯制造，由于对控制温度的要求较高，箱板采用两块金属板材夹内层聚氨酯硬泡层的结构，以保证箱体内外的隔热效果，从而易于控制箱内温度，更好地储运各种需保鲜的水果、肉类等食品类货物。箱板间发泡效果好坏直接影响冷藏集装箱的冷藏效果，所以生产过程中的发泡质量控制尤为重要。

通常冷藏集装箱发泡过程是将两块金属板材对齐放置在大型模块内，推入发泡线，向两块板材中间通过高压注射已混合好的聚氨酯发泡料进行发泡作业。图1为箱板的结构示意图：

目前箱板主要采用不锈钢板材如Q304、Q316、BN4、YUS180等，局部位置采用铝合金5052等，由于这些材料表面很光滑，通常在金属板材表面需喷涂粘接剂以增加金属板材与发泡层间的粘结强度，再在两块板材间通过注射发泡形成硬质聚氨酯发泡层，通过着一系列过程制成了冷藏集装箱用的具有隔热效果的箱板。冷藏集装箱便是由这种隔热箱板通过相关加工工艺拼接而成。

冷藏箱用隔热箱板这一结构经过多年的使用验证具有优异的综合性能,首先隔热效果好,大大地降低能耗，这主要归功于发泡体的热导率低,一般热导率小于0.025W/(m*K);其次由板材及发泡体组成的这种结构具有较好的强度，冷藏集装箱一般储运十几吨甚至三十吨以上货物,在长期装卸及周转过程中隔热板亦能保持其内部各层间的结合状态。良好的隔热效果得益于隔热箱板的这一特殊结构，而如果隔热箱板内部出现脱落，则严重影响其隔热效果，导致制冷效果不明显，造成极大的能耗损失。故隔热箱板中间分层脱落是较严重的的质量问题。

1 隔热箱板中间分层的质量问题原因分析及预防措施

通过对该质量问题的研究我们发现隔热箱板中间分层脱落的表现形式主要有金属板材与粘接剂层之间的分层、粘接剂层与发泡体层间分层、发泡体层内分层等三种。以下结合这三种分层脱落的形式进行相关分析并阐述预防措施。

1.1金属板材与粘接剂层之间的分层的原因分析及预防

(1)粘接剂的本身质量问题

通常使用的粘接剂必须与金属板材有很好的粘结力，所以粘接剂的选择至关重要，目前使用较多的有环氧粘接剂、氯丁粘接剂等，目前环氧粘接剂使用较为广泛。这些粘接剂与金属板材有极强的粘结效果，起着承上启下的作用。而多数情况下则是由于粘接剂的质量波动导致粘接剂本身的质量问题，直接影响到粘接剂与金属板材之间的附着力。

预防措施：建议加强粘接剂的质量控制，尽可能选用规模较大的生产企业的产品，尽可能把风险降到最低。

(2)涂装粘接剂与发泡作业的时间间隔太短

粘接剂涂装后需要适当的养护，养护时间太短则粘接剂与金属板材的间的粘结力未达到要求，即粘结剂本身的固化未达到要求，不具备发泡的条件，这种情况下发泡很容易造成发泡完成后粘接剂层与板材之间的分层脱落。一般冷藏箱厂对粘接剂的养护时间均控制在8h以上，这样可大大降低该质量问题的发生。

预防措施：严格按照粘接剂的养护时间要求，控制涂装间隔时间。

(3)板材表面处理不好，表面存在灰尘、油污等污物

板材表面不清洁会导致粘接剂与板材间附着力差，如果对表面不清洁的板材粘接剂，即使养护条件等都达到要求，在后面的发泡完成后经过多次周转运输后也极易出现粘接剂涂层与板材表面分层脱落现象。通常在涂装前现场操作人员会用对板材表面进行高压气体除尘操作，然后用清洗剂对表面进行清洗，进入涂装线前用氢氧火焰进行灼烧处理。

预防措施：严格按照要求进行表面除尘、除油操作。

(4)不适宜的环境条件对粘接剂的涂装的影响

夏天特别是雨天湿度较大，极易出现在露点下进行涂装操作的情况，若没有引起注意往往会导致在板材表面有水分的情况下继续涂装作业，这样极易造成粘接剂与板材间的附着力不佳而引起粘接剂涂层与板材间的后期分层脱落的质量问题。通常涂装粘接剂时工艺要求对板材进行氢氧火焰灼烧处理，这样可以避免水分的影响。但有时由于成本方面考虑，天气温度高时火焰灼烧这一工序就省去了。

预防措施：加强粘接剂涂装现场的温湿度控制，每次涂装前坚持用氢氧火焰灼烧板材表面。

1.2粘接剂层与发泡体层间分层的原因分析及预防措施

(1)粘接剂涂装与发泡作业时间间隔过长

通常进行完涂装作业的金属板材会码放一段时间，正常生产时会在很短时间内(8h以上)进行发泡作业。而有时诸如生产有插单情况或遇上不赶工期时已涂装好的板材可能会码放较长一段时间，这样经过长时间的码放往往会造成板材表面已涂装好的粘接剂表面的不同程度污染，如灰尘油类等，严重影响粘接剂层与发泡体层间的结合效果;另一方面，环氧粘接剂在涂装完成后，随着固化反应的不断进行，粘接剂中环氧基与NH2-及-NH-等胺类基团的反应不断地进行着，这些基团与硬质聚氨酯发泡体中富含-NCO有很好的结合能力，但随着粘接剂的进一步固化，富含的活性基团量不断降低，这样若长时间未进行发泡作业会导致聚氨酯硬质发泡体与粘接剂涂层的化学键结合力减弱，从而影响发泡体层与粘合剂涂层间的附着力。

预防措施：在达到最低时间间隔后尽可能及时进行发泡作业。

(2)发泡作业时环境条件的影响

发泡车间的温湿度是严格控制的环境条件，但在高温高湿的的天气环境下除湿方法的效果往往不是很明显，一旦接近露点继续发泡作业会造成板材表面的粘接剂涂层与发泡体结合部位大量的较大气泡，这样经过多次周转搬运极易出现粘接剂层与发泡体层间分层脱落问题。

预防措施：注意发泡现场的温湿度情况，若环境条件不满足作业要求则停止发泡作业。

1.3发泡体层内分层脱落的原因及预防措施

发泡体内分层脱落与发泡体的质量关系密切，也是较容易出现的质量问题通常受以下条件影响：

(1)发泡作业的环境条件影响

发泡车间的温湿度控制不严格，导致较多发泡料含有过多水分，这样情况下若继续发泡作业则对发泡体的的质量产生很大影响，特别是在非水发泡剂的发泡体系中,发泡体中间会有较多不规则大气泡，造成发泡体本身的力学性能如抗压强度、弯曲强度等的严重下降,导致在多次装卸周转过程中发生分层的质量事故;另外发泡车间的温度过高也容易导致混合好的发泡料流动性下降造成最终的发泡体的机械强度下降。

预防措施：严格控制发泡车间的温湿度，确保发泡作业环境在可控的温湿度范围内进行。

(2)发泡料配方中各组分的质量、发泡控制工艺等的影响

发泡是一个较为复杂的过程，发泡料配方中的各组分质量波动都会不同程度的影响最终发泡体的质量;另外发泡工艺条件(如发泡料温度、夹具温度计注射压力等)的微小改变也会导致发泡体质量的变化。

预防措施：加强发泡料用各种原材料的质量控制，严格控制发泡工艺条件。

2 结语

在冷藏集装箱隔热箱板的加工过程中，严格控制粘接剂质量以及按规范进行涂装施工;注意控制发泡作业与前道粘接剂的施工的间隔时间，避免时间间隔过短(即低于8h)，另外间隔时间不要太长，确保在粘接剂涂层表面最佳的状态下进行发泡作业;控制发泡料各组分的质量稳定，并严格控制发泡工艺条件。以上几方面得到有效控制就可使隔热箱板的质量得到保证，满足冷藏集装箱的使用设计指标要求。

参考文献

[1] 张俊.冷藏集装箱的检验技术. “2000年中国食品冷藏链大会暨冷藏链配套设备展示会”论文集.

[2] 任贵贤，姜前道.聚氨酯应泡在冷藏集装箱工业的应用.化学推进剂与高分子材料,2002,5:39.

[3] 邢云杰秦桑路等.环境友好型发泡剂在聚氨醋硬泡冷藏集装箱体系中的应用研究.第七届全国食品冷藏链大会论文集.2010.9,青岛.

[4] 周鹏,李同续.环保型HFC-365mfc基聚氨酯硬泡材料.中国聚氨酯协会第十五次年会论文集(197).