空箱状态下冷藏集装箱速度场和温度场的耦合模拟

Coupled Simulation of Velocity and Temperature Fields of Empty Refrigerated Containers

摘要

为提高吐鲁番地区冷藏集装箱的预冷质量，研究适合该地区的气流组织方案。以20 ft标准钢质冷藏集装箱为研究对象，选取吐鲁番地区，建立K-\epsilon模型，对箱内温度场和速度场的动态分布情况进行仿真模拟，分析不同送风方式和速度对箱内流场的影响。结果表明：冷藏集装箱温度场的外部影响因素主要是太阳辐射和环境温度，且环境温度影响较大，箱体前部的边角处、送风口和太阳直射部位易产生局部高温，送风速度越大，降温效果越好；两侧式送风方式优于中间式，两侧上送下回式的箱内温度场分布均匀性最佳；一天内12：00至15：00应选择冷藏集装箱的最大送风速度，夜晚尽量降低送风速度；另外，应增大太阳直射面、减小背阴面的送风速度。

Abstract

In order to improve the pre-cooling quality of refrigerated containers in Turpan area, the airflow organization scheme suitable for this area was studied. By taking 20 ft standard steel refrigerated container as the research object and selecting the Turpan area as the research background, this paper set up the K-\epsilon model to simulate the dynamic distribution of the temperature field and velocity field inside the container and analyzed the influence of different air supply modes and velocities on the flow field inside the container. The results show that the external influencing factors of the temperature field of the refrigerated container are mainly solar radiation and ambient temperature, and the ambient temperature has a greater impact. The corners of the front of the container, the air supply outlet, and the parts of the container exposed to direct sunlight are easy to produce a localized high temperature, and larger air supply velocity indicates a better cooling effect. The two side-type air supply mode is better than the middle-type air supply mode, and the distribution uniformity of the temperature field inside the container is the best in the two side-type air supply mode featuring an upper air supply outlet and lower return air inlet. The maximum air velocity of refrigerated containers should be selected from 12：00 to 15：00 during the day, and it is necessary to reduce the air supply velocity at night. In addition, it is suggested to increase the surface exposed to direct sunlight and reduce the air supply velocity of the shady surface.

Graphical abstract

关键词

西北地区 / 温度场 / 速度场 / 冷藏集装箱 / 仿真模拟

Key words

Northwest China / Temperature Field / Velocity Field / Refrigerated Container / Simulation

0　引言

我国生鲜农产品产销量的日益提高，推动了冷链物流的快速发展，也使得冷藏集装箱的运输需求逐渐增加^[1-3]。吐鲁番地区具有太阳辐射强、昼夜温差大、气压低等环境特性，对于该地区冷藏货物的集装箱运输而言，较强的日照辐射会使箱内出现高温区直接威胁到货物的安全运输；昼夜温差大会使集装箱内形成集装箱雨，从而导致货物遭受生锈、腐蚀、泡水等危害；低气压环境一方面会影响包装纸箱的燃烧特性，另一方面也会威胁到箱内密封产品的运输安全性。因此，针对吐鲁番地区的冷藏集装箱，如何改善箱内气流组织状况、提高冷藏集装箱的运输质量已经成为目前研究的热点问题之一。

针对空箱温度场，何远新等^[4]表明适当加长送风道能有效改善车箱内部气流组织状况；Muhammad等^[5-6]认为顶棚可有效降低太阳辐射对冷藏集装箱表面的热量渗透；王春生等^[7]发现周围空气温度、太阳辐射、大地热辐射等因素对集装箱内货物温度影响较大。针对重箱温度场，吴如书等^[8]提出VIP+PU半导体冷藏箱优于PU半导体冷藏箱，预冷到4 ℃的番茄在2.5 ℃冷藏配送条件下效果最佳；郑晓腾等^[9]提出增大置物架与内箱底部的间距或回风面积可提高流场均匀性；王广海等^[10-11]提出增大出风道风速可以加快箱内空气降温速度。另外，Kan^[12]研究发现货物越靠近进风口和出风口，温度变化越大；陈邦器等^[13]和郭志鹏等^[14]研究发现货物左右对称堆码优于货物整体堆码；邝淑敏等^[15]提出当冷藏集装箱风机采用变频调节时，制冷机的耗能量随着风速的增大而增大。通过对现有文献进行分析，发现目前的研究局限于沿海地区的航海运输，对于干燥、高温、太阳辐射强的吐鲁番地区冷藏集装箱温度场分布情况的研究较少，而且箱内送风速度的问题尚未得到有效解决。

选取新疆吐鲁番地区，以20 ft标准钢质冷藏集装箱为研究对象，运用Fluent软件建立4种送风形式的空箱物理模型并进行仿真模拟；通过调整送风速度设计出一种适合该地区的送风方案，分析吐鲁番地区太阳辐射下不同气流组织方式对冷藏集装箱温度场的影响，为装运冷藏货物之前的预冷过程提供依据。

1　物理模型

由于20 ft的冷藏集装箱适合运输较为密集的生鲜货物，因此，以20 ft标准钢质冷藏集装箱为研究对象。根据国际标准规定，20 ft冷藏集装箱箱体外部尺寸(长×宽×高)为6 058 mm×2 438 mm×2 591 mm，内部尺寸(长×宽×高)为5 468 mm×2 294 mm×2 273 mm，顶板和侧板均采用MGSS不锈钢，金属铝作为箱体底板，聚氨酯作为保温隔热材料^[16]。集装箱内各材料的物理参数如表1所示。

根据冷藏集装箱的制冷方式，冷空气在制冷风机的作用下，通过送风口进入集装箱内，在浮升力和重力的影响下快速流动，最后通过回风口流出，实现箱内降温；此外，送风速度可以通过调节制冷风机频率来改变。通过模拟4种送风形式，主要包括风口设置在箱壁中间的上送下回式、设置在箱壁两侧的上送下回式、设置在箱壁中间的下送上回式、设置在箱壁两侧的下送上回式，比较分析这4种的流场分布情况，选择降温最快、流场最均匀的送风形式，最后通过调整不同的送风速度设计出最适合吐鲁番地区的送风方案。其中，4种工况下的回风口尺寸均为1 200 mm×300 mm，中间式和两侧式的送风口尺寸分别为1 500 mm×400 mm和750 mm×400 mm。

通过ANSYS软件的前处理模块(SpaceClaim Direct Modeler，SCDM)进行三维建模，将冷藏集装箱简化为一个长方体。之后采用六面体主导法对模型结构进行网格划分，并对送风口和回风口进行网格2倍局部加密处理，这4种送风方式的网格单元数量大约分别为249 203，250 480，251 213，252 304个，网格平均单元质量、纵横比和偏度均满足模型要求。4种气流组织方式的网格划分图如图1所示。

2　数学模型

为方便计算，需对模型进行如下简化假设。

（1）冷藏集装箱内空气为不可压缩流体且符合Boussinesq假设。

（2）冷藏集装箱箱体气密性良好。

（3）忽略温度变化对冷藏集装箱内部空气物性参数的影响。

采用K-\epsilon模型和SIMPLE算法，以及有限体积法中的控制方程^[17]对冷藏集装箱内的空气流场进行仿真计算。

其中K方程代表冷藏集装箱内部空气的湍动能，可表示为

\rho \frac{\partial k}{\partial t}+\rho u_j\frac{\partial k}{\partial x_j}=\frac{\partial \left[\left(\mu +\frac{{\mu }_t}{{\sigma }_k}\right)\frac{\partial k}{\partial x_j}\right]}{\partial x_j}+{\mu }_t\frac{\partial u_i}{\partial x_j}\left(\frac{\partial u_i}{\partial x_j}+\frac{\partial u_j}{\partial x_i}\right)-\rho \epsilon⑴

\epsilon方程代表冷藏集装箱内部空气的湍动能耗散率，可表示为

\begin{array}{l}\rho \frac{\partial \epsilon }{\partial t}+\rho u_j\frac{\partial \epsilon }{\partial x_j}=\frac{\partial \left[\left(\mu +\frac{{\mu }_t}{{\sigma }_{\epsilon }}\right)\frac{\partial \epsilon }{\partial x_j}\right]}{\partial x_j}+\frac{c_{\mathrm{1}}\epsilon }{k}{\mu }_t\frac{\partial u_i}{\partial x_j}\\ \left(\frac{\partial u_i}{\partial x_j}+\frac{\partial u_j}{\partial x_i}\right)-c_{\mathrm{2}}\rho \frac{{\epsilon }^{\mathrm{2}}}{k}\end{array}⑵

式中：k为箱内空气的湍动能，\mathrm{J}；\epsilon为箱内空气的湍流耗散率；\rho为箱内空气密度，\mathrm{k}\mathrm{g}/{\mathrm{m}}^{\mathrm{3}}；t为时间，s；u_i，u_j为速度矢量；x_i，x_j为空间坐标；{\sigma }_k，{\sigma }_{\epsilon }为抑制函数；\mu，{\mu }_t分别为动力粘度和紊流粘度，\mathrm{k}\mathrm{g}/(\mathrm{m}\cdot \mathrm{s})；c_{\mathrm{1}}，c_{\mathrm{2}}为经验常数，取值为1.44，1.92。

质量守恒方程描述了箱内空气在流动过程中的质量守恒，可表示为

\frac{\partial \rho }{\partial t}+\frac{\partial \rho u}{\partial x}+\frac{\partial \rho v}{\partial y}+\frac{\partial \rho w}{\partial z}=\mathrm{0}⑶

式中：u，v，w分别表示箱内x，y，z 3个方向的矢量速度。

动量守恒方程描述了箱内空气在流动过程中的动量守恒，可表示为

\frac{\partial \rho u}{\partial t}+\mathrm{d}\mathrm{i}\mathrm{v}(\rho uu)=-\frac{\partial p}{\partial x}+\frac{\partial {\tau }_{xx}}{\partial x}+\frac{\partial {\tau }_{yx}}{\partial y}+\frac{\partial {\tau }_{zx}}{\partial z}+F_x⑷

\frac{\partial \rho v}{\partial t}+\mathrm{d}\mathrm{i}\mathrm{v}(\rho vu)=-\frac{\partial p}{\partial y}+\frac{\partial {\tau }_{xy}}{\partial x}+\frac{\partial {\tau }_{yy}}{\partial y}+\frac{\partial {\tau }_{zy}}{\partial z}+F_y⑸

\frac{\partial \rho w}{\partial t}+\mathrm{d}\mathrm{i}\mathrm{v}(\rho wu)=-\frac{\partial p}{\partial z}+\frac{\partial {\tau }_{xz}}{\partial x}+\frac{\partial {\tau }_{yz}}{\partial y}+\frac{\partial {\tau }_{zz}}{\partial z}+F_z⑹

式中：P为箱内空气微元体上的压力，\mathrm{P}\mathrm{a}；{\tau }_{xx}，{\tau }_{yx}，{\tau }_{zx}为箱内空气作用在微元体表面上的黏性应力的分量，\mathrm{P}\mathrm{a}；F_x，F_y，F_z为箱内空气微元体上的体积力，\mathrm{P}\mathrm{a}。

能量守恒方程描述了箱内空气在流动过程中的能量守恒，可表示为

\frac{\partial (\rho T)}{\partial t}+\frac{\partial (\rho uT)}{\partial x}+\frac{\partial (\rho vT)}{\partial y}+\frac{\partial (\rho wT)}{\partial z}=\frac{\partial (\frac{k}{c_p}\frac{\partial T}{\partial x})}{\partial x}+\frac{\partial (\frac{k}{c_p}\frac{\partial T}{\partial y})}{\partial y}+\frac{\partial (\frac{k}{c_p}\frac{\partial T}{\partial z})}{\partial z}+S_T⑺

式中：c_P为箱内空气的比热容，\mathrm{J}/\mathrm{k}\mathrm{g}\cdot ℃；T为箱内温度，℃；S_T为箱内空气由流体机械能转换为热能的部分，\mathrm{J}。

3　边界条件及设置

（1）入口边界条件：设定ANSYS软件中的速度进口边界条件“Velocity-let”，送风温度T=\mathrm{0} ℃，依据Saeed^[18]研究，为了模拟结果更符合实际工况，设定送风速度为V=\mathrm{4} m/s，6 m/s。

（2）出口边界条件：采用边界条件“outflow”。

（3）壁面边界条件：针对集装箱内部流场，采用无滑移边界条件，即u=v=w=\mathrm{0}。

（4）重力条件：设置模型Y方向上的重力加速度为-9.81 \mathrm{m}/{\mathrm{s}}^{\mathrm{2}}。

（5）外界条件：冷藏集装箱所处的外界环境温度选用吐鲁番市7月份最高温度47 ℃，箱内初始流场温度及壁面温度设置为25 ℃。

（6）太阳辐射条件：吐鲁番市位于北纬43.15°，东经88.74°，时区为东八区；太阳直射点为东北方向，辐射强度可求得为89.072 6 \mathrm{W}/{\mathrm{m}}^{\mathrm{2}}。

其中冷藏集装箱内部空气的湍流参数设置分别如下。

湍流强度描述了箱内空气风速随时间和空间变化的程度，可表示为

I=\mathrm{0.16}(R{e}_{DH}{)}^{-\mathrm{0.125}}⑻

R{e}_{DH}=\frac{V\mathrm{d}\rho }{\eta }⑼

式中：I为箱内空气的湍流强度；Re为雷诺数；标准状况下，当空气温度为0 ℃时，其箱内空气密度\rho，取值为1.293 \mathrm{k}\mathrm{g}/{\mathrm{m}}^{\mathrm{3}}；箱内空气的动力粘度系数\eta，取值为\mathrm{1.75}\times {\mathrm{10}}^{-\mathrm{5}}\mathrm{P}\mathrm{a}·\mathrm{S}；V为箱内空气的平均速度，\mathrm{m}/\mathrm{s}。

箱内空气的湍流尺度与特征长度可表示为

l=\mathrm{0.07}L⑽

L=\frac{\mathrm{2}ab}{a+b}⑾

式中：L为集装箱送风口的特征长度，\mathrm{m}；a，b为方形流动形状的非圆管的宽度和长度，\mathrm{m}。

采用k-\epsilon模型，以湍流强度估算湍动能，箱内空气的湍动能可表示为

k=\frac{\mathrm{3}}{\mathrm{2}}{(VI)}^{\mathrm{2}}⑿

通常利用湍动能k和湍流尺度l估算\epsilon，计算公式可表示为

\epsilon ={c_{\mu }}^{\frac{\mathrm{3}}{\mathrm{4}}}\frac{k^{\frac{\mathrm{3}}{\mathrm{2}}}}{l}⒀

式中：c_{\mu }为经验常数，通常取0.09。

基于提供的各种传热热阻，根据公式⒁计算各壁面的传热系数，冷藏集装箱箱体壁面的传热系数如表2所示。

\frac{\mathrm{1}}{K}=\frac{\mathrm{1}}{{\alpha }_{\mathrm{1}}}+\sum \frac{{\delta }_i}{{\lambda }_i}+\frac{\mathrm{1}}{{\alpha }_{\mathrm{2}}}⒁

式中：K为集装箱箱体壁面的传热系数；{\alpha }_{\mathrm{1}}为外界环境与集装箱外壁面自然对流换热系数；{\alpha }_{\mathrm{2}}为箱体内表面与内部空气的对流换热系数；{\lambda }_i为集装箱箱体壁面各边界层的导入系数；{\delta }_i为集装箱箱体壁面各边界层的厚度。

4种工况下的k-\epsilon模型参数如表3所示。

不同风速下的k-\epsilon模型参数如表4所示。

4　模拟结果与分析

利用Fluent对模型进行模拟求解，温度、压力和标准K-\epsilon方程对流项均选用二阶迎风离散格式，时间步长设置为0.1 s，最大迭代步数为10步，对比分析4种送风方式对冷藏集装箱温度场的影响。此外，为了便于观察冷藏集装箱内部流场状况，分别选取了集装箱模型内部6个截面，分别是XY和YZ方向等距的3个截面图。

4.1　送风方式对冷藏集装箱温度场的影响

针对不同水果，其预冷、存储、运输和销售等温度的控制要求不同，以吐鲁番地区为研究对象，吐鲁番位于新疆盆地中部，属于暖温带干旱荒漠气候，主要特点是干燥、高温、太阳辐射强，这种独特的气候特征也使其盛产瓜果，但该气候特点却难以贮藏或运输瓜果等对温度控制要求严格的易腐货物。因此假设冷藏货物为葡萄，葡萄的预冷温度为-1 ℃~0 ℃，存储温度、干线运输温度和展售柜温度为0 ℃~3 ℃。由于低温情况下集装箱内温度变化较小，因此，当集装箱内温度降为3 ℃时即可满足条件。

设定送风口风速为6 m/s，中间下送上回式集装箱温度场的整体分布云图如图2所示。可以看出，在制冷前期，由于送风口的作用，箱体前中部首先开始降温；在制冷中期，随着空气向后流动，箱体后部逐渐开始降温，最终平均温度低于箱体前部；在制冷后期，箱体内部的温度整体降低，但是箱体前部的箱角仍处于高温区域，并且箱体前部顶角的降温速度快于箱体底角。中间上送下回式集装箱温度场的整体分布云图如图3所示。可以看出，由于送风口位于集装箱箱体上部，箱体上部降温速度快于下部；随着冷空气的流动，箱体的整体温度逐渐降低，并且箱体前部顶角的降温速度慢于箱体底角。两侧下送上回式集装箱温度场的整体分布云图如图4所示。可以看出，在回风口的作用下，冷空气自两侧送风口送出后，在箱体前部形成一个漩涡，并逐渐向回风口靠拢，最后流向箱体后部，箱体后部底角位置降温最慢；在制冷后期，箱体前部的箱角温度仍较高，并且送风口周围处降温最慢。两侧上送下回式集装箱温度场的整体分布云图如图5所示。可以看出，随着冷空气从集装箱上方两侧送入，在集装箱侧面和上表面分别形成漩涡，并逐渐向箱体后部流动；箱体上部降温速度快于下部，送风口周围处降温最慢。

由于研究对象为20 ft标准钢质冷藏集装箱，顶板和侧板均采用MGSS不锈钢，箱体的导热性较强，高温和太阳辐射产生的热量会通过集装箱壁面的热传导渗透到集装箱内部，进而影响集装箱内部气流组织的均匀性，因此，在冷藏集装箱制冷前期，集装箱整体温度会略微上升，之后随着冷空气的送入，集装箱温度会逐渐降低。由此可得，太阳辐射和环境温度对冷藏集装箱温度场的影响较大，环境温度直接影响集装箱内外温度的热交换过程；而太阳辐射则通过直射和散射作用，对集装箱壁面进行加热，进而影响箱内温度分布。根据仿真结果，由于太阳直射点为东北方向，该方向的箱壁应受太阳辐射影响较大，但实际仿真结果却未显示出较大差距，故而得出集装箱内部温度场主要受环境温度影响，而太阳辐射会影响集装箱壁面的热量吸收，特别是在太阳直射部位易产生局部高温。因此，应在制冷前期增大送风速度或降低送风温度，使集装箱在较短时间内达到所需温度，避免箱内温度场的剧烈波动，使其达到较好的预冷效果。

对比分析4种送风方式对冷藏集装箱温度场的影响情况，集装箱YZ和XY方向内部截面温度云图如图6所示，可以看出，两侧式送风的降温速度明显快于中间式，并且降温范围大于中间式。4种送风方式下冷藏集装箱的温度变化情况如图7所示。从图7中可以看出，由于空气换热、壁面导热及太阳辐射影响，在0~30 s之间，集装箱内的温度不断升高，并到达最高温度；随着制冷系统的运行，在30 s之后，集装箱内的温度不断下降；在50~80 s这个时间段内，由于冷空气的送入，在箱体前部形成局部湍流，导致箱内温差过大，因此降温速率较快；其余时间的降温速度较为平缓。此外，4种送风方式下冷藏集装箱的最高温度分别为28.0 ℃，28.0 ℃，27.7 ℃，27.5 ℃，均在迭代时间为30 s时到达最高温度；两侧上送下回式的集装箱整体温度最低，两侧下送上回式次之，最后分别是中间上送下回式和中间下送上回式。

4种送风方式下冷藏集装箱的温度变化情况如表5所示，可以看出，两侧下回上送式降温速度最快，在240 s时已达到2 ℃；两侧下送上回式在300 s时才能到达2 ℃，而中间式的送风方式需要在300 s之后较长时间内才能降温到所需温度。由此可得，两侧下回上送式的制冷方式所需时间最短，耗能最小；两侧下送上回式次之，中间式送风方式的耗能最大。

因此，结合温度云图和折线图分析比较，针对送风式冷藏集装箱，两侧式送风方式优于中间式，上送下回式优于下送上回式，冷藏集装箱应选用两侧上送下回式的送风方式，更有利于集装箱内冷藏货物的保温运输。

4.2　两侧下回上送工况下风速对冷藏集装箱温度场的影响

结合尹芊蔚等^[19]研究成果，在影响冷藏集装箱保温质量的各种因素中，送风速度也是重要因素之一，风速越大，降温速度越快，温度场的均匀性越稳定，但引起的额外能耗越大、货损率越高^[20]。因此，结合送风速度和吐鲁番的气候条件，分析得出适合该地区的气流组织方案，使其不仅可以提高冷藏集装箱的降温速度，也可以降低制冷风机的额外耗能。

吐鲁番地区夏季的太阳辐射较强、昼夜温差较大、整体气温较高。在一天之中，12：00的太阳辐射强度最高，14：00至15：00的环境温度最高；夜晚没有太阳辐射，环境温度最低^[20]。因此，结合该地区的实际情况，在12：00至15：00这个时间段内，可以提高冷藏集装箱的送风速度，实现箱内快速降温；夜晚可尽可能减小送风速度，降低箱内货物的干耗率和制冷机的额外耗能；其余时间段内，根据太阳的辐射角度和集装箱的堆放位置，增大太阳直射面的送风速度，减小太阳背阴面的送风速度，进而提高冷藏集装箱的冷藏质量。

由4.1可知，在冷藏集装箱的送风方式中，两侧上送下回式的送风方式最优，因此可在该工况下研究设计适合吐鲁番地区的气流组织方案。风速不同时集装箱XY和YZ方向内部截面温度云图如图8所示，分析显示，在12：00至15：00，两侧送风口的送风速度较大，均可设置为6 m/s；在夜晚，两侧送风口的送风速度较小，均设置为4 m/s；其余时间段，位于集装箱太阳直射面的一侧送风速度设置为6 m/s，位于集装箱太阳背阴面的一侧送风速度为4 m/s。风速不同时集装箱温度场的整体分布云图如图9所示。可以看出，在集装箱内，风速为6 m/s的一侧降温速度明显快于风速为4 m/s的一侧，降温范围也大于风速为4 m/s的一侧。由此可得，针对送风式冷藏集装箱，送风速度越大，降温速度越快，降温效果越好；但送风速度过大，容易造成局部湍流现象。

3种风速下集装箱的温度变化情况如图10所示，3种风速下集装箱的温度变化情况如表6所示。其中情形一表示两侧送风口风速均为6 m/s，情形二表示左侧和右侧送风口风速分别为6 m/s和4 m/s，情形三表示两侧送风口风速均为4 m/s。从图10中可以看出，在制冷前期，由于箱体壁面温度较高以及空气的换热作用，冷藏集装箱温度略微上升。当送风口两侧风速均为6 m/s时，集装箱在迭代时间为30 s时到达最高温度27.5 ℃；当送风口两侧风速分别为6 m/s和4 m/s时，集装箱在迭代时间为30 s时到达最高温度27.9 ℃；当送风口两侧风速均为4 m/s时，集装箱在迭代时间为60 s时到达最高温度29.0 ℃。随着制冷系统的运行，冷藏集装箱的温度逐渐下降，风速均为6 m/s的集装箱首先开始降温，风速均为4 m/s的集装箱温度最后开始降低；并且在整个制冷过程中，风速均为6 m/s的集装箱温度整体低于其他2种风速。

从表6可以看出当送风口两侧风速均为6 m/s时，箱内温度在240 s时降温到2 ℃，已满足制冷要求；其余2种风速的降温速度都较慢，送风口两侧风速均为4 m/s的风速降温速度最慢。因此，可在太阳辐射最强或环境温度最高的时间段内设置送风速度为6 m/s，使箱内温度快速降低；在傍晚可设置送风速度为4 m/s，降低风机的额外耗能；在其余时间段内，根据太阳的辐射角度和集装箱的堆放位置，设置太阳直射面的送风速度为6 m/s，太阳背阴面的送风速度为4 m/s。

5　结论

为确保西北地区特殊条件下冷藏集装箱内冷藏货物的质量，以20 ft标准钢质冷藏集装箱为研究对象，运用Fluent软件建立K-\epsilon模型对冷藏集装箱内部的温度场和速度场进行模拟仿真，分析空箱状态下不同气流组织方式和不同送风速度对冷藏集装箱内部流场的影响分布情况，可得到如下结论。

（1）冷藏集装箱的送风方式两侧式优于中间式。在制冷前期，集装箱整体温度会略微上升，之后会逐渐降低；送风速度越大，降温效果越好，但风速过大容易形成局部湍流。并且，两侧式送风方式的降温效果优于中间式，两侧上送下回式的集装箱温度场均匀性最佳。

（2）冷藏集装箱温度场主要受太阳辐射和环境温度影响。环境温度直接影响集装箱内外温度的热交换过程，而太阳辐射则通过直射和散射作用影响箱内温度分布，其中受环境温度影响较大，并在箱体前部的边角处、送风口以及太阳直射部位易产生局部高温。因此，在箱体的边角区域和太阳直射部位可采用保温效果更好的隔热材料或适当增加保温层的厚度。

（3）在吐鲁番地区应适时改变冷藏集装箱的风速。应根据太阳的辐射角度和集装箱的堆放位置，在12：00至15：00时间段内增大太阳直射面的送风速度、减小背阴面的送风速度；在傍晚设置制冷风机的最小送风速度。

在以后的研究中，应考虑冷藏集装箱的箱体材料性能和绝热效果以及货物的种类、堆码方式和包装方式，并结合实验数据，通过数据预处理、增加数据量、数据拟合等进一步优化模型，提高模型的准确性和泛化能力。

参考文献

[1] 国家统计局.中国统计年鉴(2024)[M].北京：中国统计出版社，2024.

[2] 李春雨，李长淮，王 言.铁路冷链物流基地设施布局优化设计研究[J].铁道运输与经济，2020，42(9)：57-62，111.

[3] LI Chunyu， LI Changhuai， WANG Yan. Design of Facility Layout Optimization of Railway Cold Chain Logistics Centers[J]. Railway Transport and Economy，2020，42(9)：57-62，111.

[4] 曲静怡.我国将建设100个左右国家骨干冷链物流基地[N].中国改革报，2022-01-05.

[5] 何远新，杨 瑞，谢 斌，等.新型铁路冷藏集装箱风道设计与温度场分析[J].包装工程，2020，41(23)：230-235.

[6] HE Yuanxin， YANG Rui， XIE Bin，et al. Air Duct Design and Temperature Field Analysis of a Novel Railway Refrigerated Container[J]. Packaging Engineering，2020，41(23)：230-235.

[7] MUHAMMAD A B， TAKESHI S. Energy Efficiency on the Reefer Container Storage Yard：an Analysis of Thermal Performance of Installation Roof Shade[J]. Energy Reports，2020，6：686-692.

[8] MUHAMMAD A B， TAKESHI S. Thermal Simulation of the Effect of Solar Radiation on the Temperature Increases on the Refrigerated Container Walls[J]. International Journal of Sustainable Engineering，2021，14(5)：1229-1238.

[9] 王春生，滕 帅，王晓慧.危险货物集装箱传热数值分析[J].铁道学报，2008，30(1)：13-18.

[10] WANG Chunsheng， TENG Shuai， WANG Xiaohui. Numerical Analysis of Heat Transfer of Dangerous Goods Container[J]. Journal of the China Railway Society，2008，30(1)：13-18.

[11] 吴如书，刘 升，章学来，等.基于CFD模拟研究不同保温结构和温度对番茄冷藏配送品质和效果的影响[J].制冷学报，2021，42(4)：149-157.

[12] WU Rushu， LIU Sheng， ZHANG Xuelai，et al. CFD Simulation on Study the Influence of Different Insulation Structures and Temperature on Cold Storage Delivery Quality and Effect of Tomato[J]. Journal of Refrigeration，2021，42(4)：149-157.

[13] 郑晓腾，刘金平.动力电池测试用高低温试验箱温度场分析与流场模拟优化[J].制冷学报，2024，45(2)：119-126.

[14] ZHENG Xiaoteng， LIU Jinping. Temperature Field Analysis and Simulation and Optimization of Flow Field in High-Low Temperature Test Chamber[J]. Journal of Refrigeration，2024，45(2)：119-126.

[15] 王广海，郭嘉明，吕恩利，等.出风道参数对冷藏集装箱温度场的影响[J].农业机械学报，2016，47(10)：293-301.

[16] WANG Guanghai， GUO Jiaming， Enli LYU，et al. Effects of Air-outlet Duct Parameters on Temperature Distribution in Fresh-Keeping Container[J]. Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery，2016，47(10)：293-301.

[17] 王 威，刘亚姣，姜建中，等.风速对冷藏集装箱果蔬水分耗散影响的模拟研究[J].制冷与空调(四川)，2021，35(5)：625-630，639.

[18] WANG Wei， LIU Yajiao， JIANG Jianzhong，et al. The Simulation Study of Influence of Air Supply Velocity on Fruit and Vegetable Moisture Dissipation in Mechanical Refrigeration Container[J]. Refrigeration & Air Conditioning，2021，35(5)：625-630，639.

[19] KAN A K， WANG T Z， ZHU W B，et al. The Characteristics of Cargo Temperature Rising in Reefer Container under Refrigeration-Failure Condition[J]. International Journal of Refrigeration，2021，123：1-8.

[20] 陈邦器，阚安康，华宇捷，等.货物堆码方式对冷藏集装箱内温度分布的影响[J].低温与超导，2017，45(11)：63-67，96.

[21] 郭志鹏，阚安康，孟 闯，等.冷藏集装箱内温度场的数值模拟与实验[J].上海海事大学学报，2017，38(2)：82-87.

[22] 邝淑敏，周 麒，吴利金，等.新型节能技术在铁路冷藏集装箱中的综合应用与分析[J].冷藏技术，2024，47(1)：18-25.

[23] KUANG Shumin， ZHOU Qi， WU Lijin，et al. Comprehensive Application and Analysis of New Energy-Saving Technologies in Railway Refrigerated Container[J]. Journal of Refrigeration Technology，2024，47(1)：18-25.

[24] 刘作义.铁路货物运输[M].北京：中国铁道出版社，2022.

[25] 邬田华，王晓墨，许国良.工程传热学：第2版[M].武汉：华中科技大学出版社，2020.

[26] SAEED M.有限元分析：ANSYS理论与应用：第5版英文版[M].北京：电子工业出版社，2021.

[27] 尹芊蔚，张玉召，邓雨露，等. 集装箱运输环境与其内部温度场耦合关系研究综述[J]. 铁道运输与经济，2024，46(10)：98-111.

[28] YIN Qianwei， ZHANG Yuzhao， DENG Yulu，et al. Review of Coupling Relationship between Container Transportation Environment and Its Temperature Field[J]. Railway Transport and Economy，2024，46(10)：98-111.

[29] 贾发铜，杨大章，谢 晶，等.冷藏集装箱温度场均匀性改善研究进展[J].食品与机械，2020，36(7)：216-220.

[30] JIA Fatong， YANG Dazhang， XIE Jing，et al. Research Progress on Improving Temperature Distribution Uniformity of Refrigerated Containers[J]. Food & Machinery，2020，36(7)：216-220.

基金资助

甘肃省联合科研基金项目(24JRRA851)

中国铁路兰州局集团有限公司科研项目(2024013-1)