我国是果蔬生产与消费第一大国,预冷作为果蔬冷链物流过程中首要环节,可极大程度保持果蔬品质。差压预冷具有操作便捷、预冷效率较高与所需能耗低等特点,但也存在堆码复杂、送风短路等缺点。通常差压预冷采用水平送风方式进行,由于果品自重与搬运、堆码过程中的震荡问题,造成顶层果品与顶盖间存在“顶层间隙”,造成冷空气送风短路与利用率低等问题。同时学术研究过程中包装箱形式与实际生产中存在较大差距。因此文本在实际生产应用广泛的包装箱结构形式基础上,开展理论与实验研究,探究垂直送风差压预冷的可行性与最佳送风条件,为预冷效果与能源利用的进一步提高提供理论支撑与实际指导工作。垂直送风差压预冷作为强制对流换热的一种工况,其送风参数与包装箱结构形式直接影响到预冷时长、预冷效果与系统能耗。本文在理论研究与实验过程中,均采用实际预冷生产、贮藏过程中使用最广泛的B4型塑料包装箱(开孔率约为28%),并以苹果为研究对象,通过对比不同送风参数(送风速度、送风温度)、送风方式(水平送风与垂直送风)对预冷时长与预冷效果(预冷均匀度、迎风面最大温差、冷却系数、进出风端面压差与果品失重率)的影响情况进行比较,探究垂直送风的优越性与可行性,并针对垂直送风差压预冷提出最佳送风参数条件。首先,基于差压预冷非稳态冷却降温过程,利用能量守恒方程以及热质传递方程建立垂直送风差压预冷过程单果品与层装果品热质传递模型,采用MATLAB编写M文件求解二维球坐标系下果品传热微分方程。并利用COMSOL软件求解不同风速下箱体内温度分布情况。理论分析结果表明:预冷过程中,果品不同位置其降温曲线不同:靠近表面处单位时间内降温幅度较大,果品中心处降温较为缓慢;随着风速的增加,果品各点处温差逐渐缩小。随着风速的增加,所需预冷时长逐渐缩短;当风速超过2.5m/s-3m/s后,其对应的预冷时间与预冷效果虽有少许改善,但幅度较小,其带来的经济效益可能比系统所需能耗要低。通过对现有差压预冷实验台进行改造,进行垂直送风与水平送风两种送风方式对预冷效果的影响实验研究,对实验结果进行整理与分析,得到如下结论:(1)差压预冷不同送风方式过程中存在最佳送风速度与送风温度当冷空气相对湿度为85%-90%时,随着预冷过程的进行,垂直送风与水平送风两种送风方式条件下果品降温趋势相近:均呈现前期近似指数分布迅速降低,预冷后期降温速率逐渐降低,呈线性分布,并逐渐趋于预冷终温与冷库温度。同时,随着预冷风速的增加,其预冷时长不断缩短,果品降温速率与预冷均匀性提高,即差压预冷过程中预冷风速的提高有利于预冷效果的提升。当风速达到2.5m/s时,其冷却系数与所需预冷时长趋于稳定。随后风速的进一步增加,其预冷效果无显著提升,即差压预冷过程中存在临界风速使得预冷效果与系统能耗达到最佳匹配,建议在垂直送风差压预冷过程中预冷风速选用2.5m/s-3m/s。相同送风条件下,随着送风温度的降低,其达到预冷终所需的时间显著缩短,包装箱内预冷均匀性与失重率降低,不同送风温度对进/出风端面压差无显著影响。预冷温度的降低有利于预冷速度的提升,但系统能耗也将提升。在实际生产中应合理选择送风参数平衡预冷效果与系统能耗间关系。(2)相比水平送风,垂直送风有利于预冷时长的缩短与预冷效果的提高在相同条件下,与水平送风相比,垂直送风可有效提高预冷速度,其预冷时长仅为水平送风的63%-75%,预冷速度提高24%-36.8%;水平送风过程中第一迎风面与最后迎风面间最大温差约3℃,而垂直送风过程中仅为1.3℃,垂直送风较水平送风预冷均匀度有效提高了30%-43.9%;对于进/出风两端面压差,水平送风约为垂直送风1.32倍,垂直送风可有效降低包装箱进/出风两端面压差17.6%-32.3%;同时垂直送风过程中果品失重率约为0.9%-1.5%,与水平送风相比,垂直送风有效降低失重率24.7%-25.9%。水平与垂直送风过程失重率远小于贮藏保鲜最大失重率5%。因此在实际生产过程中可忽略差压预冷过程尤其是垂直送风差压预冷过程中果品的失重现象。与水平送风相比,垂直送风差压预冷具有良好的预冷效果,更适合我国实际需要,可结合产地预冷进行相关装置的开发与推广。