易腐食品冷藏运输温度调控及优化研究

摘要

冷藏运输装备作为串联整个冷链的运输工具，担负着保证食品品质、控制运输成本与降低能耗的重任。因此，研究精确控制冷藏运输装备的温度高低及波动范围显得尤为重要。本文围绕运输过程中的温度环境对食品品质的影响、冷藏运输车厢内温度均匀性、典型冷藏车厢的热稳定性、冷藏车厢内的温变特性及影响因素、车厢内温度波动及其控制办法等进行研究，进而对冷藏运输车厢体进行设计优化。具体研究内容如下:
　　(1)温度均匀性及其温度波动
　　冷藏运输过程车厢内温度的均匀性及其波动，都会对冷藏运输的易腐食品品质造成影响。采用airpak流体仿真软件，对影响车内温度均匀性的因素进行了数值模拟。研究表明，车厢聚氨酯隔热材料合理厚度为100～120mm;送风口位于车厢内正前下方位置车厢内温度均匀性最好;冷藏运输温度不同，车内最佳送风速度也不同，送风温度越高，合理的送风速度也高，且均对应有一个最佳风速。基于频域分析法，构建冷藏车厢内温度扰动数学模型与温度响应数学模型，对四种温度扰动的振幅与相角进行了分析。研究发现，在一定条件下，增大车厢体的比热容、厢体材料密度，减小车厢内外表面的对流换热系数，可降低车厢内温度波动;调节制冷频率与融霜频率处于系统衰减域，可达到衰减这两种扰动的作用;制冷与融霜温度扰动的相角相同时，此时温度振幅最小;车辆的气密性越好、车速的变化频率越大、车厢外表面颜色越浅，车厢内温度波动越小。
　　(2)车厢内的热稳定性
　　利用热工理论知识，研究了四种典型冷藏车隔热车厢对温度的衰减与延迟作用，以及对厢内热稳定性的影响。结果表明，车厢的隔热材料不同，对车外综合温度波的延迟时间与衰减倍数不同，厢体热惰性指标、热阻越大，延迟时间与衰减倍数相应越大;车辆行驶的方向、隔热材料不同，车厢体内壁面温度也不同;热稳定性主要由厢体隔热材料的热阻与热惰性指标决定，隔热材料复合厢体的热阻值与热惰性指标值越大，车厢的热稳定就越好。
　　(3)厢内温度变化特性
　　基于动态热平衡理论，构建单温冷藏车、双温冷藏车、以及冷藏车开门过程的车厢内温度变化数学模型。研究结果表明:降温过程中，车厢内的温度均随时间呈指数规律下降，开门过程车厢内的温度随时间呈指数规律上升;当车厢体厚度减小或热导率增大、车厢外表面对太阳辐射的吸收系数增大、车速增大、车厢漏气倍数增大、货物呼吸热增大、制冷量减小等均会导致车厢内降温所需时间延长。对于双温冷藏车，制冷量变小、货物呼吸热增大、车速升高或者车厢导热系数变大，两温区降温所需时间均延长;当两温区之间的电动风扇风速与出风口面积增大时，冷冻车厢内降温时间延长，而冷藏车厢降温时间缩短;当车厢总体积不变，冷冻车厢体积增大，冷冻车厢降温所需时间将会延长，而冷藏车厢降温所需时间基本保持不变。冷藏车开门过程，制冷开启与否、车厢内送风风速大小、车厢体隔热能力对厢内温度变化影响不大;车厢内外的温差越大、车门开启越大、车厢体积越小，车厢内的温度升高也相应的越大;车厢外有无风速以及风速方向不同，开门过程车厢内的升温快慢也不同。
　　(4)厢体优化设计
　　以车厢体传热系数最小与车厢内空间体积最大为目标函数，分析了不同参数条件下车厢内部体积空间与车厢体传热系数变化规律，以及最佳厢体隔热材料厚度。结果表明:不同车速、不同隔热材料厚度、不同隔热材料导热系数条件下对应的车厢体最优体积与传热系数各不相同;同时满足最佳车厢体总传热系数与最大车厢内体积条件的车厢体隔热材料最佳厚度，随着最佳车厢体传热系数的增大而增大。
　　(5)冷藏运输温度条件与易腐食品品质关系
　　每一种易腐食品对整个物流过程的最佳温湿度要求各不相同，通过试验模拟猪肉与荔枝不同温度条件物流全程。研究发现，不同的温湿度运输条件下及其后续的销售条件，荔枝的褐变指数、花色素苷-光密度差值、果皮色值、果肉PH值、失重率等指标的变化情况也不同。猪肉的运输、配送、销售环节的温湿度条件不同，对猪肉的品质影响也不同;肉质好坏、保鲜期的长短主要取决于运输与销售环节对温度的控制。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 研究目的与意义

1．2 易腐食品冷藏运输现状

1．2．1 易腐食品国外冷藏运输现状

1．2．2 易腐食品国内冷藏运输现状

1．3 冷链与冷藏运输技术研究现状及其发展趋势

1．3．1 国外冷链与冷藏运输技术研究现状

1．3．2 国内冷链与冷藏运输技术研究现状

1．3．3 冷藏运输技术发展趋势

1．4 主要研究内容

2 冷藏车厢内温度均匀性影响因素及热稳定性分析

2．1 车厢内温度均匀性影响因素的仿真

2．1．1 车厢仿真模型

2．1．2 车厢隔热材料厚度对温度均匀性的影响

2．1．3 车厢内送风口位置对温度均匀性的影响

2．1．4 车厢内送风速度对温度均匀性的影响

2．2 车厢结构与厢内热稳定性

2．2．1 车外综合温度

2．2．2 典型冷藏车厢结构

2．2．3 车厢体对厢内温度的延时与衰减

2．2．4 车厢体内壁面温度的确定

2．2．5 试验测试与分析

2．3 本章小结

3 冷藏车厢内温度变化特性及其影响因素分析

3．1 冷藏车厢内温度控制机理

3．1．1 单温冷藏车温控机理

3．1．2 双温冷藏车温控机理

3．2 单温冷藏车降温特性及影响因素分析

3．2．1 数学模型的建立

3．2．2 模型中动态参数的确定

3．2．3 模型的试验验证

3．2．4 影响因素分析

3．3 双温冷藏车降温特性及影响因素分析

3．3．1 数学模型的建立

3．3．2 模型中动态参数的确定

3．3．3 模型的试验验证

3．3．4 影响因素分析

3．4 冷藏车开门过程厢内温变特性分析

3．4．1 动态热平衡方程

3．4．2 模型中参数的确定

3．4．3 数学模型的建立

3．4．4 模型的试验验证

3．4．5 影响因素分析

3．5 本章小结

4 冷藏车厢内温度波动的频域特性分析

4．1 厢内温度扰动数学模型的建立

4．1．1 外界气温波动的扰动

4．1．2 制冷过程温度波动的扰动

4．1．3 融霜过程温度波动的扰动

4．1．4 行驶造成车厢内温度波动的扰动

4．2 车厢内温度集总参数模型

4．3 冷藏车厢温度的频率特性

4．3．1 静态条件下车厢温度的频率特性

4．3．2 动态条件下车厢温度的频率特性

4．4 本章小结

5 冷藏车隔热厢体优化设计

5．1 车厢体优化参数的确定

5．2 车厢优化模型的构建

5．2．1 车厢体传热特性分析

5．2．2 车厢体优化设计数学模型

5．2．3 优化求解计算程序

5．2．4 算例及分析

5．3 本章小结

6 冷链物流环境温度对易腐食品品质影响试验研究

6．1 冷链物流环境温度对荔枝品质影响的模拟试验

6．1．1 试验目的与试验方案

6．1．2 试验过程与试验记录

6．1．3 试验结果与分析

6．2 冷链物流环境温度对猪肉品质影响的模拟试验

6．2．1 试验目的与试验方案

6．2．2 试验过程与试验记录

6．2．3 试验结果与分析

6．3 本章小结

7 结论与后续工作

7．1 结论及创新点

7．2 后续工作

参考文献

攻读博士学位期间的主要研究成果目录

致谢