基于SIMULINK的船用冷藏集装箱仿真及系统能耗研究

摘要

船用冷藏集装箱是海上运输冷藏货物的重要工具。国内外对船用冷藏集装箱的能耗情况虽有研究，但很少涉及全航程的能耗分析。利用仿真模型对船用冷藏集装箱进行全航程能耗分析，方便于直接考察在不同外界环境下冷藏集装箱的能耗情况，找出合理的冷藏集装箱节能方法。降低船用冷藏集装箱漏热率可有效减小耗电量，将具有更小传热系数的真空绝热板应用于冷藏集装箱围护结构应是一种有效的节能途径。本文以20英尺的标准船用冷藏集装箱为研究对象，分别建立起该冷藏集装箱制冷机组的热力学仿真模型以及箱体的数学模型，构建起船用冷藏集装箱的系统模型，运用Simulink软件进行仿真运算，并利用船用冷藏集装箱性能实验台进行验证实验。利用仿真模型针对实际航行中的船用冷藏集装箱进行了全航程的能耗分析，同时分析采用真空绝热板的船用冷藏集装箱的节能情况。
　　首先，本文建立起船用冷藏集装箱制冷机组中压缩机、冷凝器和蒸发器的热力学仿真模型。压缩机模型可计算不同工况时的制冷剂质量流量、压缩机功率和出口制冷剂的温度与压力。根据船用冷藏集装箱性能实验台中蒸发器与冷凝器的结构参数，建立起换热器的稳态集中参数模型。根据膨胀阀调整蒸发器过热度的作用，将其体现在整体系统模型的判断条件中，从而省略了膨胀阀模型。而后制冷系统各部件间的耦合关系，利用Simulink建立了包含压缩机、冷凝器和蒸发器的制冷机组的整体仿真模型;并根据能量守恒定律建立起箱体围护结构的数学模型。最后将制冷机组的热力学模型与箱体的数学模型整合起船用冷藏集装箱的系统模型。
　　然后，在船用冷藏集装箱性能实验台上分别进行了不同环境温度、不同箱内温度的全负荷实验。通过在箱内加入加热器来模拟箱内热负荷，开启加热器，分别加入5kW、6kW、7kW、8kW和9kW负荷，记录系统的运行数据，计算各个工况下的系统能效比。在所建立的仿真模型中输入与实验相同的外界环境温度和箱内温度，计算出系统制冷量、压缩机功率和系统能效比，与实验数据进行对比分析，验证船用冷藏集装箱的仿真模型。
　　最后，利用所建立的船用冷藏集装箱仿真模型，针对某个九月份厦门至大连航线上的集装箱船中的一个标准冷藏集装箱进行全航程能耗分析。提出了将围护结构中传统的聚氨酯泡沫换成真空绝热板的设想，并计算分析了在相同实际航程中采用真空绝热板的船用冷藏集装箱能耗情况。仿真结果表明采用了导热系数更小的真空绝热板后，系统实际耗能减少7.5％，能够有效实现节能。

目录

声明

摘要

主要符号表

第1章 引言

1．1 研究背景和意义

1．2 冷藏集装箱制冷机组仿真建模国内、外研究现状

1．3 冷藏集装箱的能耗现状及发展

1．4 本文主要研究内容

第2章 船用冷藏集装箱制冷机组稳态仿真模型

2．1 部件模型

2．1．1 压缩机模型

2．1．2 冷凝器模型

2．1．3 蒸发器模型

2．2 制冷系统模型

2．2．1 制冷系统算法流程

2．2．2 基于Simulink的制冷系统仿真模型的建立

2．3 船用冷藏集装箱的数学模型

2．4 本章小结

第3章 船用冷藏集装箱性能实验台与验证试验

3．1 实验台介绍

3．2 全负荷稳态实验

3．2．1 实验准备

3．2．2 不同环境温度下稳态能耗实验

3．3 实验结果与仿真结果对比分析

3．4 本章小结

第4章 船用冷藏集装箱全航程能耗分析

4．1 采用传统PU作为围护结构填充材料的船用冷藏集装箱能耗分析

4．2 采用真空绝热板作为围护结构的船用冷藏集装箱能耗分析

4．3 传统船用冷藏集装箱与采用VIP的船用冷藏集装箱能耗情况对比分析

4．4 本章小结

第5章 总结与展望

5．1 总结

5．2 展望

致谢

参考文献

附录

在学期间发表的学术论文