劉廣海 謝如鶴 鄒毅峰 屈睿瑰

(1.廣州大學(xué)冷鏈物流與標(biāo)準(zhǔn)化研究所， 廣州 510006； 2.中南大學(xué)交通運(yùn)輸工程學(xué)院， 長(zhǎng)沙 410075)

多溫區(qū)冷藏車氣密性能影響參數(shù)理論分析與試驗(yàn)

劉廣海1謝如鶴1鄒毅峰1屈睿瑰2

(1.廣州大學(xué)冷鏈物流與標(biāo)準(zhǔn)化研究所， 廣州 510006； 2.中南大學(xué)交通運(yùn)輸工程學(xué)院， 長(zhǎng)沙 410075)

從多溫區(qū)冷藏車的滲風(fēng)機(jī)理出發(fā)，構(gòu)建滲風(fēng)氣流模型，對(duì)內(nèi)部隔斷系數(shù)、載荷系數(shù)、內(nèi)流場(chǎng)擾動(dòng)系數(shù)、熱壓差等影響參數(shù)展開理論分析和試驗(yàn)研究。認(rèn)為多溫區(qū)冷藏車滲風(fēng)量是車輛本身氣密性能、車速、內(nèi)部隔斷情況、裝載狀況和氣流擾動(dòng)等因素共同作用的結(jié)果。其中，內(nèi)部隔斷的存在有利于整車氣密性的提高，但效用逐步遞減。雙溫區(qū)冷藏車內(nèi)部隔斷系數(shù)為0.6～0.9，三溫區(qū)冷藏車內(nèi)部隔斷系數(shù)為0.45～0.85。內(nèi)部載貨量對(duì)滲風(fēng)有一定的隔阻作用但并不顯著，試驗(yàn)車載荷量為25%、50%、75%、100%時(shí)，載荷系數(shù)分別為0.98、0.96、0.92、0.87。內(nèi)部氣流擾動(dòng)在不同速度條件下對(duì)滲風(fēng)的影響差異較大；試驗(yàn)車速度分別為20、40、60、80、100 km/h時(shí)，內(nèi)流場(chǎng)擾動(dòng)系數(shù)分別為0.68、0.85、0.94、0.97、0.98。由于多溫區(qū)冷藏車多用于城市配送，常以中低速運(yùn)行，車內(nèi)空氣循環(huán)能對(duì)滲風(fēng)起到一定的抑制作用。此外，由于冷藏車高度較小，內(nèi)外溫差所產(chǎn)生的熱壓差也較小，理論分析顯示約25 K溫差產(chǎn)生1 Pa的熱壓差，在工程實(shí)踐中可將冷藏車滲風(fēng)視為單純風(fēng)壓作用的結(jié)果。

多溫區(qū)冷藏車； 氣密性能； 滲風(fēng)量； 影響因素； 試驗(yàn)

引言

多溫區(qū)冷藏車是指在常規(guī)冷藏車的基礎(chǔ)上，將車廂分為多個(gè)溫區(qū)，實(shí)現(xiàn)不同儲(chǔ)藏溫度貨物聯(lián)合運(yùn)輸?shù)囊环N新型運(yùn)輸裝備。由于多溫區(qū)運(yùn)輸適應(yīng)市場(chǎng)“多品種、小批量”的需要，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)冷藏運(yùn)輸不同溫度貨物不能“混裝”的缺陷，提高了運(yùn)輸效率，自20世紀(jì)末出現(xiàn)以來逐步在全球得到廣泛應(yīng)用，目前法國(guó)新造冷藏車中已有1/3為多溫區(qū)冷藏車[1]。近年來，相關(guān)研究被國(guó)際同行所關(guān)注：GAFFENY等[2]通過數(shù)值仿真和試驗(yàn)測(cè)定對(duì)多溫區(qū)冷藏車制冷系統(tǒng)進(jìn)行分析，SMYTH等[3]對(duì)多溫區(qū)冷藏車能耗展開研究，F(xiàn)INN等[4]對(duì)多溫區(qū)冷藏車送風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，TANAKA等[5]對(duì)多溫區(qū)運(yùn)輸?shù)臏囟瓤刂葡到y(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)，此外，歐盟經(jīng)濟(jì)委員會(huì)自2003年起就多溫運(yùn)輸技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)缺失的問題展開協(xié)作。在國(guó)內(nèi)，謝晶等[6]對(duì)多溫區(qū)冷藏車能耗進(jìn)行測(cè)算，李錦等[7-8]對(duì)多溫冷藏車降溫特性及其影響參數(shù)展開研究，趙鑫鑫等[9]就多溫區(qū)冷藏車回風(fēng)導(dǎo)軌對(duì)廂內(nèi)溫度影響進(jìn)行分析，2015年，我國(guó)針對(duì)多溫區(qū)冷藏車制定了專門的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)[10]。目前研究主要集中在制冷系統(tǒng)優(yōu)化和溫度場(chǎng)仿真方面，在車輛氣密性方面研究較為缺乏，在多溫區(qū)冷藏車動(dòng)態(tài)滲風(fēng)特性及相關(guān)參數(shù)分析方面未見文獻(xiàn)報(bào)道。本文構(gòu)建多溫區(qū)冷藏車動(dòng)態(tài)滲風(fēng)氣流模型，分析真實(shí)運(yùn)行環(huán)境下各因素對(duì)多溫區(qū)冷藏車滲風(fēng)量的影響，以期為車輛優(yōu)化設(shè)計(jì)和運(yùn)行提供依據(jù)。

1 滲風(fēng)模型構(gòu)建

目前，國(guó)際上常用縫隙法計(jì)算冷藏車滲風(fēng)量[11]，即

V=S(ΔP)b

(1)

式中V——冷藏車滲風(fēng)量，m3/hS——冷藏車當(dāng)量滲風(fēng)面積，m3/(h·Pab) ΔP——冷藏車內(nèi)外靜壓差，Pab——冷藏車滲風(fēng)特性指數(shù)

其中，S、b為多溫區(qū)冷藏車固有特性，文獻(xiàn)[12]給出了相應(yīng)的試驗(yàn)和計(jì)算方法。對(duì)于多溫區(qū)冷藏車，ΔP與車輛運(yùn)行速度、內(nèi)部隔斷形式、貨物裝載方式、蒸發(fā)器送風(fēng)速度、內(nèi)外溫差等因素密切相關(guān)，從滲風(fēng)機(jī)理出發(fā)，式(1)可改寫為

V=S(CgCzCrΔPf+ΔPr)b

(2)

式中Cg——多溫區(qū)冷藏車內(nèi)部隔斷系數(shù)Cz——多溫區(qū)冷藏車載荷系數(shù)Cr——多溫區(qū)冷藏車內(nèi)流場(chǎng)擾動(dòng)系數(shù) ΔPf——多溫區(qū)冷藏車風(fēng)壓差，PaΔPr——多溫區(qū)冷藏車熱壓差，Pa

文獻(xiàn)[12]對(duì)不同速度條件下冷藏車風(fēng)壓差ΔPf的變化規(guī)律進(jìn)行了分析，在此基礎(chǔ)上，求取Cg、Cz、Cr、ΔPr，即可獲知多溫區(qū)冷藏車真實(shí)運(yùn)行環(huán)境下的漏氣狀況。

2 試驗(yàn)對(duì)象及其基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

2.1 試驗(yàn)對(duì)象

以研究機(jī)構(gòu)與某廠共同研制的雙溫區(qū)冷藏試驗(yàn)車為研究對(duì)象。車廂兩端分設(shè)-24～-18℃和0～10℃的雙隔間，中部由可移動(dòng)式隔斷門隔開；車廂內(nèi)外尺寸(長(zhǎng)×寬×高)分別為4.300 m×1.910 m×2.000 m和4.100 m×1.710 m× 1.800 m；外圍護(hù)結(jié)構(gòu)和內(nèi)隔板均采用聚氨酯保溫板(外圍護(hù)結(jié)構(gòu)厚度0.100 m，內(nèi)隔板厚度0.060 m)；內(nèi)外蒙皮采用FRP復(fù)合材料(外蒙皮2.5 mm，內(nèi)蒙皮2.0 mm)，地板為花紋鋁板。氣流組織采用較為成熟的“單蒸發(fā)器+導(dǎo)風(fēng)槽”式設(shè)計(jì)，蒸發(fā)器安裝在冷凍單元前側(cè)頂部中央，冷凍單元和冷藏單元由導(dǎo)風(fēng)槽相連，冷風(fēng)由送風(fēng)槽經(jīng)風(fēng)機(jī)引入冷藏單元，并將空氣由回風(fēng)槽送回冷凍單元，溫度傳感器置于回風(fēng)槽內(nèi)，用于控制管道內(nèi)風(fēng)機(jī)和閥門的開關(guān)。雙溫區(qū)冷藏車構(gòu)造如圖1所示。

圖1 雙溫區(qū)冷藏車外觀及構(gòu)造圖Fig.1 Appearance and structure of double temperature refrigerated truck1.蒸發(fā)器 2.冷凍單元 3.冷藏車廂回風(fēng)槽 4.冷藏車廂送風(fēng)槽 5.冷藏單元 6.車后門 7.可移動(dòng)式內(nèi)隔板

2.2 多溫區(qū)冷藏車滲風(fēng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

為分析多溫區(qū)冷藏車與傳統(tǒng)冷藏車在氣密性上可能存在的差異，首先需獲得冷藏車無內(nèi)隔板時(shí)的滲風(fēng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。試驗(yàn)前，雙溫區(qū)冷藏車內(nèi)空置，關(guān)閉車門、排水口、通風(fēng)口及制冷系統(tǒng)等，使其成為1個(gè)密閉空間；同時(shí)內(nèi)隔板打開使車廂形成1個(gè)整體。采用靜壓差法和示蹤氣體濃度衰減法分別測(cè)定該冷藏車內(nèi)隔板打開時(shí)的滲風(fēng)量，測(cè)量方式和儀器如文獻(xiàn)[12]所示。采用靜壓差法時(shí)，恒定壓差分別為50、100、150、200、250 Pa，測(cè)得雙溫冷藏車整車滲風(fēng)量為6.792、11.201、14.899、18.397、21.596 m3/h；采用示蹤氣體濃度衰減法時(shí)，以C2H4為示蹤氣體，車輛行駛速度分別為20、40、60、80、100 km/h，測(cè)試結(jié)果如表1所示，表中C表示C2H4濃度，τ表示時(shí)間。

表1 無內(nèi)部隔斷時(shí)不同速度條件下C2H4濃度擬合式
Tab.1 Fitting formulas of ethylene concentration at different velocities without internal partition

速度/(km·h-1)示蹤氣體濃度變化擬合式滲風(fēng)量/(m3·h-1)20lnC=-6.3×10-5τ-9.8992.84740lnC=-1.51×10-4τ-9.9026.87060lnC=-2.53×10-4τ-9.89711.50180lnC=-3.65×10-4τ-9.89716.578100lnC=-4.85×10-4τ-9.90122.015

計(jì)算得到V-ΔP和V-v關(guān)系式為

V=0.408ΔP0.719

(3)

V=0.063 2v1.271

(4)

式中v——車輛運(yùn)行速度，km/h

對(duì)靜壓差法和示蹤氣體濃度衰減法測(cè)得的數(shù)據(jù)加以整理，結(jié)果如圖2、3所示。

圖2 靜壓條件下雙溫區(qū)冷藏車滲風(fēng)量Fig.2 Air leakage under constant pressure difference of double temperature refrigerated truck

圖3 不同速度條件下雙溫區(qū)冷藏車C2H4濃度擬合曲線Fig.3 Fitting curves of ethylene concentration at different velocities of double temperature refrigerated truck

3 影響參數(shù)分析

3.1 內(nèi)部隔斷影響分析

在多溫區(qū)冷藏車實(shí)際運(yùn)行時(shí)，由于內(nèi)部隔斷的存在，改變了滲風(fēng)氣流的沿程阻力特性，增加總滲透阻力，減少滲風(fēng)量。此時(shí)，外部圍護(hù)結(jié)構(gòu)兩側(cè)壓差僅為總壓差的一部分。

為全面分析各種內(nèi)部隔斷條件對(duì)多溫區(qū)冷藏車氣密性的影響，借鑒建筑滲風(fēng)理論，引入內(nèi)部隔斷系數(shù)[13]

(5)

式中j——多溫區(qū)冷藏車滲風(fēng)通路上，包含外部圍護(hù)結(jié)構(gòu)(車體、外門)、內(nèi)隔板等阻力元件構(gòu)成的內(nèi)部隔斷總層數(shù)

由此可見，對(duì)于普通冷藏車也就是單溫區(qū)冷藏車，并無隔斷裝置，整個(gè)車廂為1個(gè)整體，此時(shí)i=1，Cg=1。

對(duì)于雙溫區(qū)冷藏車，由于內(nèi)部有1層內(nèi)隔板，與外部圍護(hù)結(jié)構(gòu)共同組成2層隔斷。式(5)改寫為

(6)

令d2=S1/S2，有

(7)

理論上d2∈(0,∞)，但一般情況下外部圍護(hù)結(jié)構(gòu)氣密性均強(qiáng)于內(nèi)部隔斷裝置，至少有S1=S2，則d2∈(0,1]；文獻(xiàn)[13]通過理論分析和試驗(yàn)測(cè)定，認(rèn)為冷藏車滲風(fēng)特性指數(shù)b取值多處在0.56～0.78之間，取d2∈[0.01,1.00]，繪制b=0.56、b=0.78時(shí)Cg-d2關(guān)系圖，如圖4所示。

圖4 Cg-d2關(guān)系分析圖Fig.4 Relationships between Cg and d2

對(duì)于三溫區(qū)冷藏車，由于內(nèi)部有2層內(nèi)隔板，與外部圍護(hù)結(jié)構(gòu)共同組成3層隔斷。式(5)改寫為

(8)

令d3=S1/S3，有

(9)

同理，d2≥d1，d3≥d1，取b=0.56、b=0.78，d2∈[0.01,1.00]，d3∈[0.01,1.00]，繪制Cg-(d2,d3)關(guān)系圖，如圖5所示。

圖5 Cg-(d2,d3)關(guān)系分析圖Fig.5 Relationship between Cg and d2 and d3

由圖4、5可見，Cg受b影響不顯著(小于0.1)，隨著di的變化，Cg在0.3～1.0之間波動(dòng)。di越大，總滲透阻力越大，Cg越小，同等條件下滲風(fēng)量越小。

在工程實(shí)際中，由于多溫區(qū)冷藏車第1重阻力

元件(車廂外門和外保溫廂體)承擔(dān)車體主要的保溫隔熱功能，氣密性條件常高于后續(xù)內(nèi)部隔斷元件；內(nèi)部隔斷元件的氣密性好壞取決于內(nèi)隔板是否可以移動(dòng)、車廂與內(nèi)隔板間是否存在較大縫隙等多個(gè)因素，一般情況下，多溫區(qū)冷藏車內(nèi)部隔斷的氣密性為外部圍護(hù)結(jié)構(gòu)的1/4～2/3[14]，在無試驗(yàn)條件時(shí)可通過廠家給出的各單元滲風(fēng)量及整車靜壓滲風(fēng)量推算得到。在此，將上述數(shù)值代入式(7)和式(9)，對(duì)于雙溫區(qū)冷藏車，Cg約在0.6～0.9之間，對(duì)于三溫區(qū)冷藏車，Cg約在0.45～0.85之間。以此為基礎(chǔ)，可得到多溫區(qū)冷藏車內(nèi)部隔斷系數(shù)的取值范圍，推薦值如表2所示。

表2 多溫區(qū)冷藏車內(nèi)部隔斷系數(shù)推薦值
Tab.2 Recommended value for internal partition coefficient of multi-temperature refrigerated truck

車型Cg單溫區(qū)冷藏車1.0雙溫區(qū)冷藏車氣密性差0.75～0.90氣密性好0.60～0.75三溫區(qū)冷藏車氣密性差0.65～0.85氣密性好0.45～0.65

可見，對(duì)于多溫區(qū)冷藏車而言，內(nèi)部隔斷的存在有利于整車氣密性的提高，其中第1重阻力元件的氣密性效用最為明顯，之后的內(nèi)部隔斷層氣密性效用逐步遞減。

對(duì)于本試驗(yàn)車，在2.2節(jié)試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，關(guān)閉內(nèi)隔板，其他條件不變，采用示蹤氣體濃度衰減法分別測(cè)得各種速度條件下冷凍單元和冷藏單元的滲風(fēng)量，如表3所示。

表3 有內(nèi)部隔斷時(shí)不同速度條件下C2H4濃度擬合式
Tab.3 Fitting formulas of ethylene concentration at different velocities with internal partition

速度/(km·h-1)冷凍單元冷藏單元C2H4濃度變化擬合式滲風(fēng)量/(m3·h-1)C2H4濃度變化擬合式滲風(fēng)量/(m3·h-1)20lnC=-5.00×10-5τ-9.8972.283lnC=-5.00×10-5τ-9.8962.25240lnC=-1.20×10-4τ-9.9015.434lnC=-1.17×10-4τ-9.8975.33160lnC=-1.99×10-4τ-9.9039.028lnC=-1.95×10-4τ-9.9028.86880lnC=-2.84×10-4τ-9.90112.898lnC=-2.77×10-4τ-9.90512.600100lnC=-3.71×10-4τ-9.89916.863lnC=-3.66×10-4τ-9.90116.643

由圖6、7推導(dǎo)得到冷凍單元和冷藏單元在不同速度條件下滲風(fēng)量，如圖8所示。由于內(nèi)部隔斷的存在，雙溫區(qū)冷藏車滲風(fēng)量較未隔斷時(shí)明顯下降。此時(shí)，氣流主要由迎風(fēng)面滲入冷凍單元，經(jīng)內(nèi)隔板滲入冷藏單元并由車輛尾部滲出，各單元之間呈串聯(lián)關(guān)系。雙溫區(qū)冷藏車總滲風(fēng)量近似于冷凍、冷藏車單元滲風(fēng)量。就本車而言，隔斷后整車滲風(fēng)量約下降22%。又因本試驗(yàn)Cz、Cr、ΔPr均為零，式(2)可改寫為

V=S(CgPf)b

(10)

比較雙溫區(qū)冷藏車內(nèi)隔板打開前后的滲風(fēng)量，得Cg=0.78。

圖6 不同速度條件下冷凍單元C2H4濃度擬合曲線Fig.6 Fitting curves of ethylene concentration at different velocities of frozen unit

圖7 不同速度條件下冷藏單元C2H4濃度擬合曲線Fig.7 Fitting curves of ethylene concentration at different velocities of cooling unit

3.2 貨物裝載影響分析

冷藏運(yùn)輸工具在實(shí)際運(yùn)用過程中，內(nèi)部載貨對(duì)滲風(fēng)也起到一定的隔阻作用，其機(jī)制與3.1節(jié)所述內(nèi)部隔斷類似。為獨(dú)立考察貨物裝載對(duì)冷藏車氣密

圖8 雙溫冷藏車各單元不同行駛條件滲風(fēng)量變化曲線Fig.8 Changing curves of air leakage at different velocities of double temperature refrigerated truck

性的影響，在2.2節(jié)試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，采用貨箱緊密堆碼的方式模擬貨物裝載。試驗(yàn)分2組進(jìn)行，分別為半車裝載和整車裝載(裝至車輛限載線位置)，其他條件不變，采用示蹤氣體濃度衰減法分別測(cè)得各種速度條件下整車滲風(fēng)量，如表4所示。

由圖9、10可見，冷藏車行駛所形成的動(dòng)壓在車體表面轉(zhuǎn)化為靜壓并滲入車內(nèi)，由于貨物堆碼時(shí)是留有通風(fēng)道的，冷藏車滲風(fēng)量相對(duì)車內(nèi)空間而言占比極少，因此貨物對(duì)滲風(fēng)的隔阻效果更多地體現(xiàn)在對(duì)堆垛時(shí)車輛縫隙的阻隔上，類似于3.1節(jié)中氣密性不佳的隔斷形式，對(duì)滲風(fēng)量影響并不顯著。如圖11所示，試驗(yàn)用冷藏車在半載和滿載條件下，滲風(fēng)量分別減少4.3%～4.5%和13.1%～13.7%。對(duì)于本試驗(yàn)，因Cg、Cr、ΔPr均為零，式(2)可改寫為

表4 不同裝載條件下C2H4濃度擬合式
Tab.4 Fitting formulas of ethylene concentration under different loaded degrees

速度/(km·h-1)載貨量為1/2車載貨量為整車C2H4濃度變化擬合式滲風(fēng)量/(m3·h-1)C2H4濃度變化擬合式滲風(fēng)量/(m3·h-1)20lnC=-6.0×10-5τ-9.8972.726lnC=-3.2×10-5τ-9.8982.47440lnC=-1.45×10-4τ-9.8986.574lnC=-7.7×10-5τ-9.9035.96160lnC=-2.42×10-4τ-9.90311.000lnC=-1.28×10-4τ-9.8999.96980lnC=-3.49×10-4τ-9.90115.850lnC=-1.84×10-4τ-9.89714.350100lnC=-4.63×10-4τ-9.90121.039lnC=-2.44×10-4τ-9.90219.010

圖9 半車裝載時(shí)不同速度條件下C2H4濃度擬合曲線Fig.9 Fitting curves of ethylene concentration at different velocities of half loaded truck

圖10 滿載時(shí)不同速度條件下C2H4濃度擬合曲線Fig.10 Fitting curves of ethylene concentration at different velocities of fully loaded truck

V=S(CzPf)b

(11)

推得載荷量為25%、50%、75%、100%時(shí)，Cz分別為0.98、0.96、0.92和0.87。

圖11 不同裝載條件下冷藏車滲風(fēng)量變化曲線Fig.11 Changing curves of air leakage under different loaded degrees of multi-temperature refrigerated truck

3.3 內(nèi)流場(chǎng)擾動(dòng)影響分析

冷藏車在實(shí)際運(yùn)行時(shí)，蒸發(fā)器風(fēng)機(jī)處于運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，在車內(nèi)形成內(nèi)部流場(chǎng)對(duì)外部滲風(fēng)存在一定影響。蒸發(fā)器出口流速低會(huì)影響降溫速度和車內(nèi)溫度場(chǎng)均勻性，速度過高易造成車內(nèi)貨物干耗增加。國(guó)內(nèi)外在冷藏車內(nèi)流場(chǎng)分析方面進(jìn)行了大量的研究[15-21]，并形成了較為成熟的設(shè)計(jì)思路。對(duì)于3～5 m的冷藏車廂，產(chǎn)品樣本顯示國(guó)內(nèi)外主流冷機(jī)生產(chǎn)廠商均將蒸發(fā)器送風(fēng)風(fēng)速設(shè)定在3～4 m/s。由于多溫區(qū)冷藏車主要用于城市配送，車廂長(zhǎng)度大多在3～5 m之間，因此，該速度條件下的內(nèi)部流場(chǎng)擾動(dòng)對(duì)滲風(fēng)量的影響分析具有一定的代表性。對(duì)于本試驗(yàn)車，蒸發(fā)器出風(fēng)速度為3.3 m/s，為獨(dú)立考察貨物裝載對(duì)冷藏車氣密性的影響，在2.2節(jié)試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，開啟車內(nèi)通風(fēng)循環(huán)，其他條件不變，采用示蹤氣體濃度衰減法分別測(cè)得各種速度條件下整車滲風(fēng)量如圖12所示。

圖12 存在內(nèi)部擾動(dòng)時(shí)冷藏車滲風(fēng)量變化曲線Fig.12 Changing curves of air leakage with internal flows turbulence of multi-temperature refrigerated truck

因Cg、Cz、ΔPr均為零，式(2)可改寫為

V=S(CrPf)b

(12)

推得試驗(yàn)車速度為20、40、60、80、100 km/h時(shí)，Cr分別為0.68、0.85、0.94、0.97、0.98。冷藏車在中低速運(yùn)行時(shí)，內(nèi)流場(chǎng)擾動(dòng)對(duì)空氣滲透氣起到了較好的阻隔作用，但隨著車速的提高，其作用快速減弱，在60 km/h以上車速時(shí)，其影響度已不足6%。

3.4 內(nèi)外溫差影響分析

當(dāng)冷藏車內(nèi)外存在溫度差時(shí)，由車內(nèi)外空氣密度差所引起的作用壓差也成為滲風(fēng)的驅(qū)動(dòng)力之一。理論熱壓差可表述為

ΔPr=(Z0-Z)(ρn-ρw)g

(13)

式中Z0——中和面高度，mZ——計(jì)算高度，mρw——車外空氣密度，kg/m3ρn——車內(nèi)空氣密度，kg/m3g——重力加速度，取9.81 m/s2

將理想氣體熱力學(xué)公式

(14)

式中R——空氣通用氣體常數(shù)，287 J/(kg·K)ρ——空氣密度，kg/m3P——空氣壓強(qiáng)，PaT——空氣溫度，K

代入式(13)，考慮到車內(nèi)外熱壓差與大氣壓強(qiáng)相比，絕對(duì)值極小，車內(nèi)外壓強(qiáng)均用標(biāo)準(zhǔn)大氣壓強(qiáng)表示，式(13)可改寫為

(15)

式中h——車輛高度，mTw——車外空氣溫度，KTn——車內(nèi)空氣溫度，K

計(jì)算得到車外溫度為283～313 K(10～40℃)、車內(nèi)溫度為253～283 K(-20～10℃)時(shí)，熱壓差的取值如圖13所示?？梢?～3 m的車輛高度所能產(chǎn)生的熱壓差較小，在最大60 K溫差時(shí)，熱壓差僅為2.3 Pa，25 K左右的溫差產(chǎn)生1 Pa的熱壓差，這在工程實(shí)踐中意義不大。

圖13 不同溫差條件下熱壓差分析圖Fig.13 Thermal pressure difference under different temperature conditions

結(jié)合式(1)和式(3)，由于速度的不對(duì)等性，建筑的ΔPf遠(yuǎn)小于冷藏車，而單層建筑的ΔPr與冷藏車基本類似，因此，冷藏車ΔPr對(duì)滲風(fēng)量的總體影響小于單層建筑ΔPr的影響。在建筑領(lǐng)域已進(jìn)行大量試驗(yàn)分析熱壓差與室內(nèi)滲風(fēng)量的關(guān)系，研究認(rèn)為同層建筑由于高度差小(3～5 m)，即便在大溫差的北方采暖地區(qū)，在實(shí)踐中可以認(rèn)為ΔPr≈0[22]。參考建筑滲風(fēng)試驗(yàn)的同時(shí)結(jié)合本節(jié)理論分析，也可認(rèn)為冷藏車ΔPr≈0。即將冷藏車滲風(fēng)近似視為單純風(fēng)壓作用的結(jié)果。式(2)可改寫為

V=S(CgCzCrΔPf)b

(16)

4 結(jié)論

(1)從多溫區(qū)冷藏車的滲風(fēng)機(jī)理出發(fā)，構(gòu)建滲風(fēng)動(dòng)態(tài)氣流模型，對(duì)多溫區(qū)冷藏車的內(nèi)部隔斷系數(shù)Cg、載荷系數(shù)Cz、內(nèi)流場(chǎng)擾動(dòng)系數(shù)Cr、熱壓差ΔPf進(jìn)行了理論分析和試驗(yàn)測(cè)定，認(rèn)為在工程實(shí)踐中，可將冷藏車滲風(fēng)近似視為單純風(fēng)壓作用的結(jié)果。其滲風(fēng)量受車輛氣密性能、車速、內(nèi)部隔斷情況、裝載狀況和氣流擾動(dòng)等因素共同影響。

(2)多溫區(qū)冷藏車內(nèi)部隔斷的存在有利于整車氣密性的提高，但效用逐步遞減；滲風(fēng)特性指數(shù)b對(duì)Cg的影響不顯著。研究得到多溫區(qū)冷藏車內(nèi)部隔斷系數(shù)的試驗(yàn)方法和取值范圍，對(duì)于雙溫區(qū)冷藏車，Cg在0.6～0.9之間，對(duì)于三溫區(qū)冷藏車，Cg在0.45～0.85之間。進(jìn)而根據(jù)氣密性水平給出多溫區(qū)冷藏車內(nèi)部隔斷系數(shù)推薦值。

(3)冷藏車內(nèi)部載貨對(duì)滲風(fēng)有一定的隔阻作用。對(duì)于試驗(yàn)車研究給出了相應(yīng)的載荷系數(shù)，認(rèn)為載荷量分別為25%、50%、75%、100%時(shí)，Cz分別為0.98、0.96、0.92和0.87。由于多溫區(qū)冷藏車常用于城市配送，車輛很少以滿載形式運(yùn)行，因此在中低負(fù)載情況下，內(nèi)部載貨對(duì)滲風(fēng)量的影響不顯著。

(4)冷藏車內(nèi)部氣流擾動(dòng)在不同速度條件下對(duì)滲風(fēng)量的影響差異較大。試驗(yàn)車速度分別為20、40、60、80、100 km/h時(shí)，Cr分別為0.68、0.85、0.94、0.97、0.98?？梢娫谥械退贄l件下，車內(nèi)空氣循環(huán)能對(duì)滲風(fēng)起到一定的抑制作用。多溫區(qū)冷藏車常用于城市配送，行駛速度不快，因此上述效用是有利的。

(5)由于冷藏車高度較小，內(nèi)外溫差所產(chǎn)生的熱壓差也較小，理論分析顯示約25 K溫差產(chǎn)生1 Pa熱壓差，在工程實(shí)踐中可不予考慮。

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Theoretical Analysis and Experiment of Air Tightness of Multi-temperature Refrigerated Truck

LIU Guanghai1XIE Ruhe1ZOU Yifeng1QU Ruigui2

(1.ResearchCenterforColdChainandStandardization,GuangzhouUniversity,Guangzhou510006,China2.SchoolofTrafficandTransportationEngineering,CentralSouthUniversity,Changsha410075,China)

The model of air leakage flow was constructed based on air infiltration mechanism of multi-temperature refrigerated truck. Theoretical analyses and experimental measurement were conducted with the established model, such as internal partition coefficient, load coefficient, internal flow disturbance coefficient, heat pressure difference and other parameters. It was shown that the air leakage rate was mainly affected by air tightness of the vehicle itself, speed, internal partition, loading condition and airflow disturbance. Specifically, the internal partition could improve air tightness of the vehicle with diminishing utility. The internal partition coefficient was 0.6～0.9 in double temperature refrigerated truck, and it was 0.45～0.85 in the three temperature refrigerated truck. The internal loading capacity had limited effect on air infiltration. The load coefficient was 0.98, 0.96, 0.92 and 0.87 when load was 25%, 50%, 75% and 100%, respectively. The influences of internal airflow disturbance were different with different speeds. The internal flow disturbance coefficient was 0.68, 0.85, 0.94, 0.97 and 0.98 when speed was 20 km/h, 40 km/h, 60 km/h, 80 km/h and 100 km/h, respectively. Since the multi-temperature refrigerated truck used for city distribution is often at low speed, the internal circulation wind could stop air leakage at a certain degree. In addition, the heat pressure difference caused by temperature difference between inside and outside of the truck was small because the height of refrigerated truck was small. Theoretical analyses showed that temperature difference of 25 K corresponded to pressure difference of 1 Pa. Such effect was so insignificant in engineering practice that the air infiltration of refrigerated truck can be regarded approximately as a result of simple wind pressure.

multi-temperature refrigerated truck; air tightness; air leakage; influencing factor; experiment

10.6041/j.issn.1000-1298.2017.01.038

2016-10-27

2016-11-13

“十二五”國(guó)家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目(2013BAD19B01)、國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(51008087)、廣東省優(yōu)秀青年教師培養(yǎng)項(xiàng)目(Yq2013129)和廣東省科技計(jì)劃項(xiàng)目(2016B020205004)

劉廣海(1978—)，男，副教授，主要從事冷鏈物流裝備設(shè)計(jì)與運(yùn)用研究，E-mail： broadsea@126.com

U469.6+6

A

1000-1298(2017)01-0289-08