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 侯可明1，王廣海1,2，呂恩利*，李慶1，王飛仁1

1．華南農(nóng)業(yè)大學(xué)南方農(nóng)業(yè)機械與裝備關(guān)鍵技術(shù)教育部重點實驗室（廣州510642）；

 2廣東機電職業(yè)技術(shù)學(xué)院（廣州510515）

摘  要  為了掌握液氮充注氣調(diào)對廂體內(nèi)流場的影響，搭建液氮充注氣調(diào)試驗平臺，研究不同汽化器的翅片間距、回風(fēng)道風(fēng)速和初始溫度條件下廂體內(nèi)的溫度場和相對濕度場的均勻性變化。結(jié)果表明，翅片間距對廂體內(nèi)的溫度場及相對濕度場的均勻性有一定影響，翅片間距為7 mm時均勻性相對較好，翅片間距為4 mm時均勻性相對較差；回風(fēng)道風(fēng)速越大，廂體內(nèi)溫度場的均勻性越好，相對濕度場均勻性越差；初始溫度越高，溫度場和相對濕度場越均勻。研究結(jié)果為氣調(diào)保鮮裝備的進一步開發(fā)提供了參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞  氣調(diào)；流場；液氮；溫度

 溫度場和相對濕度場是果蔬保鮮運輸環(huán)境中的重要參數(shù)之一，對果蔬的保鮮品質(zhì)具有重要影響。有研究對冷藏廂體內(nèi)的流場進行了數(shù)值模擬，也有試驗對冷藏廂體內(nèi)的溫相對濕度特性、通風(fēng)阻力特性及流場的均勻性進行了研究分析。液氮充注式氣調(diào)方式是國內(nèi)外較為先進的果蔬貯運技術(shù)之一，具有效率高，成本低等優(yōu)點。液氮充注式氣調(diào)，在快速降低運輸廂體的氧氣體積分數(shù)的同時，還會釋放大量的冷能，對廂體內(nèi)的溫度場和相對濕度場產(chǎn)生一定

的影響。為了掌握液氮充注對廂體內(nèi)流場的均勻性影響，搭建液氮充注試驗平臺，探究不同汽化器的翅片間距、回風(fēng)道風(fēng)速、初始溫度條件下廂體內(nèi)流場的均勻性變化，結(jié)果可為氣調(diào)保鮮裝備的進一步開發(fā)提供參考依據(jù)。

1  材料與方法

1.1試驗平臺

  搭建的液氮充注試驗平臺如圖1所示，廂體材料為12 mm厚有機玻璃，廂體的長寬高分別為2.38m×1.28 m×1.40 m，在廂體的內(nèi)外壁覆蓋100 mm厚保溫泡沫板，以提高廂體的隔熱保溫效果。開孔隔板將廂體分為保鮮室和壓力室，其開孔率為4.03%。風(fēng)機運轉(zhuǎn)，在保鮮室和壓力室間產(chǎn)生壓差，促使廂體內(nèi)的空氣循環(huán)流動。直流風(fēng)機（型號YM2420AXB1，最

大流量16.84 m3/min）由脈寬調(diào)速器控制，通過調(diào)節(jié)脈寬調(diào)速器的占空比，以獲得不同的回風(fēng)道風(fēng)速。液氮罐（型號YDZ-100，最大出液壓力為0.09 M Pa，容積為100 L）額定壓力為0.09 M Pa，開啟增壓電磁閥和出液電磁閥，實現(xiàn)液氮的充注。汽化器放置在蒸發(fā)器與加濕水箱之間，通過軟管與液氮罐相連。采用機械式制冷機組（額定功率1491 W）對廂體內(nèi)的溫度進行調(diào)控，采用超聲波加濕裝置對廂體內(nèi)的相對濕度進行調(diào)控。廂體后部按有2個排氣電磁閥（通徑50 mm，電壓24 V），以實現(xiàn)廂體的通風(fēng)換氣。保鮮室按3×3方式均勻布置27個溫濕度一體傳感器（測量范圍：溫度-40℃～60℃，相對濕度0%~99.9%，精度：±2%

RH、±0.3℃)如圖2所示。無紙記錄儀顯示并記錄各傳感器的溫濕度數(shù)值（數(shù)據(jù)記錄頻率1次／s），并將數(shù)據(jù)傳輸?shù)接嬎銠C內(nèi)進行存儲。

1.2試驗材料與方法

 以馬鈴薯為試驗材料，總重200 kg，采購于農(nóng)產(chǎn)品批發(fā)市場，果實八成熟、大小規(guī)則、無病蟲害、無機械損傷、表皮顏色為淡黃色。將馬鈴薯進行預(yù)冷處理，裝入塑料筐內(nèi)，將預(yù)冷后的馬鈴薯規(guī)則地擺放在試驗廂體內(nèi)，其擺放位置如圖3所示。通過查閱相關(guān)文獻得知馬鈴薯的保鮮參數(shù)為：溫度3℃~5℃，相對濕度80%～85%。

  進行試驗時，打開進排氣電磁閥，進行換氣通風(fēng)，待廂體內(nèi)氧氣濃度（約20.95%）穩(wěn)定后，關(guān)閉進排氣電磁閥。打開制冷機組，將廂體內(nèi)的初始溫度調(diào)至試驗設(shè)定溫度，待溫度穩(wěn)定后，開啟加濕，將相對濕度調(diào)節(jié)到試驗設(shè)定值，關(guān)閉加濕，開始試驗，將風(fēng)機風(fēng)速調(diào)至試驗設(shè)定值，開啟廂體排氣閥、液氮罐出液電磁閥、增壓電磁閥，進行液氮充注，在液氮充注

過程中液氮流量保持恒定。記下開始試驗的時間。試驗過程中由無紙記錄儀自動采集各傳感器的測量值及時間，整個試驗持續(xù)30 min，試驗結(jié)束關(guān)閉液氮罐，并記錄試驗結(jié)束時的時間，保存試驗數(shù)據(jù)。

 以翅片間距、風(fēng)機風(fēng)速和初始溫度作為試驗因素，試驗因素及各因素水平值如表1所示，每組試驗重復(fù)3次，對試驗數(shù)據(jù)取平均值進行處理分析。

2結(jié)果與分析

 通過開啟制冷機組和超聲波加濕裝置，將廂體內(nèi)的初始溫度調(diào)控在5℃±1℃，相對濕度調(diào)控在80%±2%，通過脈寬調(diào)速器將回風(fēng)道風(fēng)速調(diào)控在6 m/s。

2.1翅片間距對廂體內(nèi)流場均勻性影響

 取不同翅片間距的汽化器進行試驗，試驗結(jié)果如表2和表3所示。

 從表2可以看出，汽化器翅片間距對廂體內(nèi)溫度場的均勻性有一定影響，翅片間距為4 mm的汽化器換熱性能較差，出口溫度較低，使得廂體內(nèi)前后溫差較大，所以均勻性較差；汽化器翅片間距為7 mm時，其換熱性能相對較好，出口溫度較高，廂體內(nèi)的溫度均值達到最高（為3.39℃），廂體內(nèi)的溫度場也較為均勻。翅片間距分別為5和6 mm時，其均勻性均介于4～7mm之間。在所有翅片間距水平下，左中右截面的均勻性始終保持最優(yōu)。不同翅片間距條件下，廂體內(nèi)的溫度均值維持在3℃±0.4℃。

 從表3可以看出，汽化器翅片間距不同，對廂體內(nèi)的相對濕度場有一定影響。汽化器翅片間距為4 mm時出口溫度較低，廂體內(nèi)前后溫差較大，使得廂體內(nèi)前后的相對濕度值相差較大，所以相對濕度場的均勻性較差；翅片間距分別為5，6和7 mm時，相對濕度場的均勻性變化較小，且較為均勻。在所有翅片間距水平下，相對濕度均值總體維持在70%±3%．左中右截面的相對濕度場均勻性明顯優(yōu)于前中后截面和上中下截面；翅片間距為7 mm時廂體內(nèi)的相對濕度均值達到最低（為71.34%）。

2.2回風(fēng)道風(fēng)速對廂體內(nèi)流場的均勻性影響

 取翅片間距為4 mm汽化器，將廂體內(nèi)的溫度調(diào)控在5℃ +1℃，相對濕度調(diào)控在80%±2%．改變回風(fēng)道風(fēng)速進行試驗，試驗結(jié)果如表4和表5所示。

 從表4可以看出，隨回風(fēng)道風(fēng)速的增大，廂體內(nèi)的溫度值逐漸降低，溫度場的均勻性趨于良好�；仫L(fēng)道風(fēng)速為0 m/s時，汽化器換熱效果較差，出口溫度較低，且?guī)�體內(nèi)的氣流無法進行循環(huán)，造成前后溫差較大，所以均勻性較差，廂體內(nèi)的溫度均值較高。隨回風(fēng)道風(fēng)速的增大，氣流越容易到達廂體后端，廂體內(nèi)前后溫差逐漸減小，所以均勻性越趨良好，廂體內(nèi)的溫度均值也逐漸升高�；仫L(fēng)道風(fēng)速從0 m/s增加到2 m/s時，溫度場的均勻性提升較大；回風(fēng)道風(fēng)速分別為0，2和4 m/s時廂體內(nèi)的溫度場以上中下截面最為均勻；回風(fēng)道風(fēng)速為6 m/s時溫度場的均勻性最好，廂體內(nèi)的溫度均值達到最低（為3.1℃），左中右截面的溫度場最為均勻。

 從表5可以看出，隨回風(fēng)道風(fēng)速的增大，廂體內(nèi)相對濕度場的均勻性逐漸變差，相對濕度均值逐漸升高。風(fēng)速為0時汽化器換熱性能較差使得汽化器出口溫度較低，溫度較低的氮氣會降低廂體內(nèi)的相對濕度，使廂體內(nèi)的相對濕度達到相對穩(wěn)定，所以相對濕度場最為均勻，相對濕度均值也達到最低值(為42.10%)。隨回風(fēng)道風(fēng)速的增大，汽化器換熱效果趨于良好，且回風(fēng)道風(fēng)速的增大，會加快廂體內(nèi)水的蒸發(fā)，所以廂體內(nèi)的相對濕度均值逐漸升高，相對濕度場的均勻性逐漸變差�；仫L(fēng)道風(fēng)速分別為0，2和4 m/s時，相對濕度場以上中下截面最為均勻�；仫L(fēng)道風(fēng)速為6 m/s時，相對濕度場均勻性最差，相對濕度均值達到最高（為74.18%），左中右截面的相對濕度場最為均勻。在所有回風(fēng)道風(fēng)速條件下，前中后截面的相對濕度場的均勻性相對較差。

2.3初始溫度對廂體內(nèi)流場的均勻性影響

 取翅片間距為4 mm汽化器，將廂體內(nèi)的相對濕度調(diào)控在80%±2%，回風(fēng)道風(fēng)速調(diào)控在6 m/s，改變廂體內(nèi)的初始溫度進行試驗，試驗結(jié)果如表6和7所示。

 從表6可以看出，初始溫度設(shè)為5℃時，溫度場的均勻性最差，廂體內(nèi)的溫度均值也達到最低(為3.10℃)；隨廂體內(nèi)初始溫度的升高，廂體內(nèi)溫度場的均勻性趨于良好，溫度均值也逐漸升高；初始溫度為20℃時，溫度場的均勻性最優(yōu)，廂體內(nèi)的溫度均值達到最高（為15.10℃）。在不同的初始溫度下，左中右截面溫度場的均勻性始終最優(yōu)，前中后截面溫度場的均勻性最差。

 從表7可以看出，初始溫度設(shè)為5℃時相對濕度場的均勻性最差，廂體內(nèi)的相對濕度均值也達到最低（為76.8%）；隨廂體內(nèi)初始溫度的升高，廂體內(nèi)相對濕度場的均勻性趨于良好；初始溫度為20℃時相對濕度場的均勻性最優(yōu)，廂體內(nèi)的相對濕度均值達到最高（為85.15%）。在不同的初始溫度條件下，左中右截面相對濕度場的均勻性始終最優(yōu)，前中后截面相對濕度場的均勻性最差。

3結(jié)論

 為了掌握液氮充注過程對廂體內(nèi)流場的均勻性影響，搭建了液氮充注試驗平臺，并進行了相關(guān)試驗。試驗結(jié)果表明：(1)汽化器翅片間距對廂體內(nèi)溫度場和相對濕度場有一定影響，翅片間距為7 mm時流場均勻性相對較好，翅片間距為4 mm時流場均勻性相對較差。廂體內(nèi)左中右截面流場的均勻性較好。(2)回風(fēng)道風(fēng)速越大廂體內(nèi)溫度場的均勻性越好，而相對濕度場的均勻性逐漸變差。當回風(fēng)道風(fēng)速分別為0，2和4 m/s時廂體內(nèi)的流場以上中下截面最為均勻，當回風(fēng)道風(fēng)速達到6 m/s時，左中右截面的流場最為均勻。(3)隨廂體內(nèi)初始溫度的升高，廂體內(nèi)溫度場和相對濕度場的均勻性均趨于良好。在不同的初始溫度下，左中右截面流場的均勻性始終最優(yōu)。