相变蓄冷保温箱的模拟仿真与实验

利用一种新型低温相变材料制作可以长时间维持低温的保温箱，测试新材料保冷性能并用模拟与实验对比探究低温材料的融化规律。利用自制保温箱做了空载实验，并利用ANSYS Fluent软件对空载箱内温度分布做出模拟。结果表明保温箱内上层蓄冷剂较快融化，底层维持低温时间较长，中间底面温度维持低温较久；底面模拟温度曲线与实验一致，中间温度差别大因为现实中存在自然对流热空气上浮，使得中间温度高于底面温度。利用ANSYS Fluent软件对箱内温度分布做出模拟，模拟温度曲线与实验一致，模拟得出蓄冷箱内部的融化一般是从边角开始，需要优化边角结构。因为有漏热存在，实验温度分层严重，而模拟因为条件理想化，不存在漏热，所以温度分布均匀，基本不存在分层。

近年来，由于经济的发展和人民生活水平的提高，外出携带小型蓄冷装置，物流行业对于保温保鲜的要求都促进了蓄冷技术的发展。蓄冷是一项将低于环境温度的冷量储存起来以留后用的技术，它是制冷技术的补充和调整， 是协调冷能在时间和强度上供需不匹配的一种经济可行的方法[1] [2]。

冷链物流要求食品从生产加工、储藏运输、销售到消费前的各环节始终处于食品所需的低温环境中，以保证食品质量的损耗降至最低。

传统冷冻车在车辆行驶中制冷效果会受到发动机转速的影响， 运输过程温度变化大， 影响食品品质，并且存在噪声等问题[3]。蓄冷型保温箱因其设备简单、成本低、温度控制精准、可以多品温货物共存[4]等优点正在受到越来越多研究者的关注。

国内外学者针对相变蓄冷材料在蓄冷保温箱中的实际应用进行了多方面研究。陈文朴[5]等以甲酸钠为主基材，制作出一种相变温度为−15.5℃，相变潜热为282 kJ/kg 的无机相变蓄冷材料，并对两种蓄冷保温箱作了比较，得出真空绝热板–聚氨酯复合的蓄冷箱保冷效果明显优于聚氨酯蓄冷箱。许多研究表明在冷链中加入PCMs 可以实现节能， Mashud Ahmed [6]等用相变温度为7℃的石蜡基PCMs 放在标准冷藏车壁上， 发现单个壁面的峰值换热量降低在11.3%~43.8%之间， 进入冷藏仓的总热流量减少了16.3%。

Ming Liu [7]等研制了一种相变温度为−26.7℃，相变潜热为154.4 J/g 的新型相变材料，并制作一种新型蓄冷系统以维持普通卡车在合适温度，比普通系统大大节约了能源消耗。徐笑锋[8]等研发一种经济性较高，相变温度为6.4℃，相变潜热为141 J/g 的硫酸钠水合盐体系，并比较了发泡聚丙烯保温箱和真空绝热板保温箱，发现真空绝热保温板的保温效果更佳。

而数值模拟的方法也是被广泛应用于保温箱的温度模拟。刘伟等[9]制作了一个外皮采用夹层硬质聚氨酯泡沫板的玻璃钢板的蓄冷式冷藏箱。利用COMSOL Multiphysics 生成四面体网格并利用COMSOL对其进行模拟，得出模拟结果与实验结果吻合较好。田津津等[10]利用数值模拟的方法研究NaCl 蓄冷板在不同初始温度下的释冷过程。赵慧妍等[11]探究了Fluent 的里不同的模型下保温箱温度场的变化情况并与实验做出了对比。朱文娴等[12]利用COMSOL 软件对食品冷藏保温箱的温度场做出模拟并做了实验