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随着全球经济的飞速发展和人们在生活水平上的较大提高,人们的饮食结构逐渐变化,随之而来的问题是食品质量和食品安全如何保障。冷链是保证易腐食品达标的重要流通手段,对保障食品质量安全具有重要意义。目前,冷链流通设备主要是满足-18℃以上食品冷冻冷藏的需求,-18℃~-60℃的低温冻藏设备十分欠缺。本课题设计一种液氮制冷低温物流箱,针对-18℃以下的食品低温流通,弥补超低温产品在低温冷链末端薄弱环节造成的损失。本文采用理论计算、数值模拟和实验研究相结合的方式对低温物流箱进行了设计。根据国内外相关研究的文献进行理论计算;其次利用FLUNT软件对保温层传热、风机的风速优化选择和金枪鱼鱼块温度变化进行数值模拟;最后对物流箱实载条件下冷冻冷藏过程温度变化进行测试,通过改变入口风速对鱼块温度变化及液氮量消耗情况进行实验研究,通过对比模拟值和实验值,验证模型建立的正确性。(1)保温结构的模拟结果表明,真空板位于复合结构中间时温差最大,比在低温侧时高约2.2℃,而真空板靠近高温处和低温处时,温度差无明显差异,说明真空板位于中间时较有利于发挥其隔热性能;不同保温结构模拟结果表明,复合结构(VIP+PU)的隔热性能明显优于同厚度聚氨酯材料(PU)。不同风速对箱内食品温度变化情况的模拟结果表明,风速为1.5m/s时箱内食品温度变化较为理想,箱内食品冷冻时间为240min。(2)对物流箱空载条件下箱内温度变化进行的实验结果表明,箱内温度随时间迅速降低,当箱内温度达到设定值后出现过冷,过冷大约10min,随后逐渐趋向设定值,最终箱内温度保持在设定值(-60℃)附近。实载条件下的实验表明,纵向温度分布差别较小,横向温度分布存在较大差别。(3)对物流箱进行了12小时实载实验,结果显示,液氮罐容积可以满足12小时的冻藏运输,风速为1.5m/s条件下液氮消耗量较自然换热条件下消耗量多1.6Kg,高出6.4%。(4)在实载条件下的实验数据与模拟结果进行比较可见:实验结果与模拟结果的温度变化趋势较为吻合,数值计算的冻结时间为162min,实验的结果为144min,两者之间的相对误差为11.11%。对单个鱼块冻结过程的模拟结果显示,其降温过程遵从柯恩达效应,两端温降比上下两侧明显要快;数值计算与实验结果较吻合,数值计算的冻结时间结果为123min,实验的结果为138min,两者之间的相对误差为10.87%。