王朋　苗永存　王建林　吳彥宣　傅愛(ài)軍

摘 要：為研究某畜禽車(chē)廂體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)對(duì)廂體溫度場(chǎng)和風(fēng)速場(chǎng)的影響，并了解廂體內(nèi)氣流的流動(dòng)狀態(tài)和溫度的分布情況，利用計(jì)算流體力學(xué)的方法，建立計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)（computational fluid dynamics， CFD）模型，并對(duì)廂體的溫度場(chǎng)和風(fēng)速場(chǎng)進(jìn)行仿真分析。將模型的模擬值與實(shí)測(cè)值進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果顯示，模擬值與實(shí)測(cè)值最大絕對(duì)誤差為1.8 ℃，溫度值相對(duì)誤差范圍在5%以?xún)?nèi)的測(cè)點(diǎn)有20個(gè)，風(fēng)速值相對(duì)誤差范圍在10%以?xún)?nèi)的測(cè)點(diǎn)有21個(gè)，模擬得到的結(jié)果與實(shí)測(cè)值擬合度較高。通過(guò)改變廂體內(nèi)隔板的結(jié)構(gòu)和通風(fēng)孔的尺寸及數(shù)量來(lái)提供優(yōu)化方案，優(yōu)化后的廂體內(nèi)溫度均勻性得到明顯改善，溫度顯著降低，為畜禽車(chē)廂體的內(nèi)環(huán)境優(yōu)化提供可靠基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：畜禽運(yùn)輸車(chē)；計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)（CFD）；溫度場(chǎng)；風(fēng)速場(chǎng)

中圖分類(lèi)號(hào)：U469.62；S815.9 DOI：10.16375/j.cnki.cn45-1395/t.2024.02.003

0 引言

在畜禽銷(xiāo)售過(guò)程中，通常會(huì)用專(zhuān)用車(chē)進(jìn)行運(yùn)輸。以生豬為例，在高溫天氣的運(yùn)輸過(guò)程中，由于畜禽車(chē)廂體尾部冷空氣不足，豬產(chǎn)生應(yīng)激反應(yīng)，導(dǎo)致豬的死亡率達(dá)到30%，甚至高達(dá)50%，會(huì)造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失[1]。為了改善畜禽車(chē)廂體的內(nèi)部環(huán)境，降低豬出現(xiàn)應(yīng)激反應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)，提高運(yùn)輸質(zhì)量，減少露天式畜禽運(yùn)輸車(chē)帶來(lái)的環(huán)境污染，柳州市某專(zhuān)用車(chē)廠設(shè)計(jì)了一款封閉式恒溫畜禽運(yùn)輸車(chē)。

在設(shè)計(jì)生產(chǎn)過(guò)程中，傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)與測(cè)量費(fèi)時(shí)費(fèi)力，受外部條件影響較大，存在很大的局限性[2]。21世紀(jì)以來(lái)，隨著計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)（computational fluid dynamics， CFD）的快速發(fā)展，目前在航空航天、汽車(chē)設(shè)計(jì)、石油、天然氣等工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，也可用于畜牧建筑內(nèi)外氣流研究[3]。雖然國(guó)內(nèi)外利用流體力學(xué)方法對(duì)畜禽車(chē)廂體進(jìn)行模擬與優(yōu)化的成果不多，但模擬結(jié)果越來(lái)越接近實(shí)際環(huán)境下測(cè)量的數(shù)據(jù)，能夠反映實(shí)際變化規(guī)律[4-6]。Kim等[7]根據(jù)不同環(huán)境下的CFD計(jì)算結(jié)果，對(duì)通風(fēng)系統(tǒng)的通風(fēng)量和外部空氣混合比進(jìn)行內(nèi)環(huán)境評(píng)估，確定了維持適當(dāng)溫度和氣體濃度所需的通風(fēng)量和外部空氣混合比。房俊龍等[8]通過(guò)計(jì)算流體力學(xué)的方法對(duì)豬舍垂直通風(fēng)擋風(fēng)板進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化，設(shè)計(jì)出5種優(yōu)化方案，結(jié)果表明：CFD模擬溫度場(chǎng)和風(fēng)速場(chǎng)與實(shí)測(cè)值的誤差值很小，仿真精度高，并且優(yōu)化后的豬舍內(nèi)環(huán)境溫度較優(yōu)化前降溫效果明顯。吳志東等[9]采用CFD技術(shù)對(duì)垂直管道通風(fēng)模式下豬舍內(nèi)的空氣流場(chǎng)進(jìn)行模擬，并對(duì)保育豬舍通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行改造，優(yōu)化后的結(jié)果顯示：該垂直送排風(fēng)管道組合換氣系統(tǒng)可以精確控制豬舍環(huán)境，兼顧冬季豬舍通風(fēng)與保溫問(wèn)題。王小超等[10]采用k-ε模型對(duì)空載豬舍內(nèi)的溫度和氣流分布進(jìn)行三維穩(wěn)態(tài)的數(shù)值模擬，得到的模擬值與實(shí)測(cè)值吻合度較高，送風(fēng)角度為45°時(shí)，豬舍內(nèi)溫度分布均勻，滿(mǎn)足豬的生長(zhǎng)要求。周麗娜等[11]采用計(jì)算流體力學(xué)技術(shù)對(duì)豬舍機(jī)械通風(fēng)條件下的氣流環(huán)境進(jìn)行研究，對(duì)母豬舍進(jìn)行通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化與模擬，結(jié)果顯示：試驗(yàn)豬舍內(nèi)結(jié)構(gòu)設(shè)施越簡(jiǎn)單，氣流軌跡線(xiàn)分布越密集；豬舍內(nèi)位置越高，氣流速度分布越均勻。

本文對(duì)某款封閉式畜禽運(yùn)輸車(chē)廂體內(nèi)的溫度場(chǎng)與風(fēng)速場(chǎng)進(jìn)行仿真分析，模擬廂體內(nèi)通風(fēng)時(shí)的溫度和氣流分布情況，并將模擬值與實(shí)測(cè)值進(jìn)行對(duì)比，以驗(yàn)證模擬的準(zhǔn)確性，為改善廂體內(nèi)環(huán)境提供依據(jù)。

1 研究對(duì)象和方法

1.1 畜禽運(yùn)輸車(chē)廂體介紹

本文研究對(duì)象為廣西壯族自治區(qū)柳州市某專(zhuān)用車(chē)車(chē)企設(shè)計(jì)制造的一款封閉式恒溫畜禽運(yùn)輸車(chē)，該畜禽運(yùn)輸車(chē)后面部分主要由冷熱交換室和廂體組成，如圖1所示。廂體由全鋁合金制作，廂體長(zhǎng)寬高分別為9 350、2 440、2 570 mm，整車(chē)整備質(zhì)量為15 500 kg。

該畜禽運(yùn)輸車(chē)廂體分為上、中、下3層，每一層又分為左側(cè)限位欄和右側(cè)限位欄；每一側(cè)分為4個(gè)限位區(qū)，一共24個(gè)限位區(qū)，每個(gè)限位區(qū)裝載3～5頭生豬，總裝載量為72～120頭生豬。廂體內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2所示。

冷熱交換室的冷空氣通過(guò)9個(gè)進(jìn)風(fēng)口送入廂體內(nèi)部，進(jìn)風(fēng)口為9個(gè)完全相同的圓形風(fēng)洞，直徑D=316 mm，每層進(jìn)風(fēng)口數(shù)量設(shè)置為水平方向上3個(gè)，位置設(shè)置在廂體前端，與冷熱交換室共壁面，標(biāo)號(hào)為1—9號(hào)。出風(fēng)口位于廂體后端的第四限位欄壁面上，其中每一層每一側(cè)有1個(gè)出風(fēng)口，共計(jì)6個(gè)出風(fēng)口，出風(fēng)口直徑一致為D=265 mm，進(jìn)風(fēng)口、出風(fēng)口位置分布如圖3所示。在9個(gè)進(jìn)風(fēng)口中，1—3號(hào)和7—9號(hào)進(jìn)風(fēng)口與每層的通風(fēng)管道相連接，冷空氣通過(guò)通風(fēng)管道送入廂體內(nèi)相應(yīng)的限位區(qū)。4—6號(hào)進(jìn)風(fēng)口由于廂體內(nèi)部結(jié)構(gòu)特殊的原因，未與通風(fēng)管道進(jìn)行連接，冷空氣直接通過(guò)4—6號(hào)進(jìn)風(fēng)口送入廂體內(nèi)部，通風(fēng)管道結(jié)構(gòu)如圖4所示。

1.2 實(shí)際測(cè)量

生豬處于高溫的環(huán)境下極易出現(xiàn)應(yīng)激反應(yīng)，隨之也會(huì)導(dǎo)致免疫力下降，從而造成損失，生豬能夠接受的環(huán)境溫度為25.0～38.0 ℃[12]。本次實(shí)地測(cè)量時(shí)間為2023年5月4日，選擇時(shí)間段為13：00～15：00。使用的測(cè)量?jī)x器有：德圖高精度熱敏風(fēng)速儀（Testo 405i，量程為0～30 m/s，精度0.1 m/s）；優(yōu)利德藍(lán)牙風(fēng)速儀（量程為0～30 m/s，精度為0.1 m/s）；小米室內(nèi)高精度溫度計(jì)（溫度量程-9.9～50.0 ℃，精度為0.1 ℃；濕度量程0～99.9% RH，精度為0.1 RH）；Cheerman紅外線(xiàn)測(cè)溫儀（溫度量程-50.0～500.0 ℃，精度為0.1 ℃）。德圖高精度熱敏風(fēng)速儀和小米室內(nèi)高精度溫度計(jì)分別放置在9個(gè)進(jìn)風(fēng)口處進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量3次并求取平均值，測(cè)得的進(jìn)風(fēng)口處進(jìn)風(fēng)速度值和溫度值作為模擬的邊界條件。其余24個(gè)小米室內(nèi)高精度溫度計(jì)分別放置在24個(gè)限位欄中間位置，且每層測(cè)點(diǎn)依次距離第一層地板高度H1=260 mm、H2=1 050 mm、H3=1 850 mm處，第一層測(cè)點(diǎn)標(biāo)號(hào)如圖5所示。廂體的6個(gè)壁面溫度值均由Cheerman紅外線(xiàn)測(cè)溫儀測(cè)量得到。經(jīng)過(guò)測(cè)量之后，廂體的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)如表1所示。

2 CFD模型搭建與模擬

2.1 基本控制方程

流動(dòng)仿真計(jì)算的過(guò)程中需要滿(mǎn)足三大微分方程，即連續(xù)性方程、動(dòng)量方程及能量方程[13]。

2.2 物理模型建立

為了在保證計(jì)算精度準(zhǔn)確的條件下減少計(jì)算機(jī)的工作量，根據(jù)研究對(duì)象及實(shí)物圖的具體結(jié)構(gòu)，直接處理掉對(duì)研究分析無(wú)影響的一些構(gòu)件，如：冷熱交換室、尾部液壓升降板、駕駛室及底盤(pán)部分等。再通過(guò)ANSA軟件對(duì)搭建的模型進(jìn)行前處理及網(wǎng)格生成，其中每個(gè)限位欄的長(zhǎng)、寬、高依次為2 025、1 220、810 mm，最終得到的模型圖如圖6所示。

2.3 網(wǎng)格劃分

將ANSA處理好的模型導(dǎo)入STAR CCM+中，并設(shè)置域和邊界，包括：進(jìn)風(fēng)口（inlet_air）、排風(fēng)口（outlet_air）、左壁面（wall_left）、右壁面（wall_right）、送風(fēng)管道（airflue）、底板（floor）、頂板（roof）、柵欄（handrail）。

通過(guò)STAR CCM+軟件對(duì)搭建的模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分。一般而言，網(wǎng)格數(shù)量越多，計(jì)算結(jié)果的精度越高，但網(wǎng)格的數(shù)量越多，計(jì)算的成本就會(huì)越高，因此需要對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理的網(wǎng)格劃分[14]。利用該軟件的重疊網(wǎng)格技術(shù)對(duì)整個(gè)廂體進(jìn)行內(nèi)流場(chǎng)分析，由于進(jìn)風(fēng)口和通風(fēng)管道在整個(gè)網(wǎng)格劃分中的重要性，以及影響到仿真計(jì)算的整體效率和準(zhǔn)確性，需要對(duì)進(jìn)風(fēng)口和通風(fēng)管道的網(wǎng)格進(jìn)行加密處理并增加選擇棱柱層網(wǎng)格模型，將inlet_air和outlet_air網(wǎng)格尺寸設(shè)置為8 mm，airflue網(wǎng)格尺寸設(shè)置為10 mm。其他部分則進(jìn)行一般的網(wǎng)格劃分處理，將roof、wall、floor、handrail網(wǎng)格尺寸設(shè)置為40 mm。進(jìn)行加密處理后，最終生成網(wǎng)格單元1 250萬(wàn)個(gè)，網(wǎng)格面3 760萬(wàn)個(gè)。廂體網(wǎng)格劃分圖如圖7所示。

2.4 邊界條件設(shè)置

為了使仿真模擬的數(shù)據(jù)更為準(zhǔn)確、與實(shí)測(cè)值更為吻合，邊界條件的選取尤為重要。

1）模型狀態(tài)選擇

由于在實(shí)測(cè)時(shí)選取全天氣候最穩(wěn)定的時(shí)間，因此可以認(rèn)為實(shí)測(cè)中環(huán)境溫度基本保持不變。實(shí)測(cè)時(shí)，冷熱交換器也保持穩(wěn)定工作狀態(tài)，由此可以認(rèn)為廂體內(nèi)的內(nèi)環(huán)境是穩(wěn)態(tài)環(huán)境。故模擬狀態(tài)為穩(wěn)態(tài)模擬，湍流模型為標(biāo)準(zhǔn)k-ε模型[15-16]。

2）流體初始條件選取

設(shè)置9個(gè)進(jìn)風(fēng)口為速度進(jìn)口，6個(gè)出風(fēng)口為壓力出口，出風(fēng)口速度及溫度由實(shí)際測(cè)量所得。根據(jù)設(shè)計(jì)手冊(cè)[17]，除底部以外的其他5個(gè)面的對(duì)流系數(shù)取5 W/（m2·K），壓力出口為常壓出口[18]。廂體6個(gè)壁面中，底面設(shè)置為絕熱狀態(tài)，其他壁面設(shè)置為溫度狀態(tài)，溫度值均由實(shí)測(cè)所得。廂體實(shí)測(cè)邊界條件如表1所示，其余壁面設(shè)置為無(wú)滑移的絕熱壁面。重力方向?yàn)?Y方向，取值9.81 m/s2。故進(jìn)行模擬仿真時(shí)進(jìn)風(fēng)口溫度選取15.0 ℃，速度為4 m/s。

3）湍流模型選擇

流體的流動(dòng)狀態(tài)在自然界中主要有2種形式，即層流和湍流[19]。為了判斷冷空氣在廂體內(nèi)的流動(dòng)狀態(tài)，引入雷諾數(shù)Re，其表示方式為[Re=ρνd／μ]，其中[ρ]為流體的密度，[ν]表示流體的流速，d表示特征長(zhǎng)度，[μ]表示流體的動(dòng)力黏度。當(dāng)Re≤2 300時(shí)，流體的流動(dòng)狀態(tài)判定為層流；當(dāng)2 3004 000時(shí)，流體的流動(dòng)狀態(tài)判定為湍流。經(jīng)過(guò)計(jì)算得知廂體內(nèi)流體雷諾數(shù)Re=3.11×106，故選擇湍流模型為此次模擬的流體流動(dòng)狀態(tài)。

3 模擬結(jié)果分析與優(yōu)化

3.1 廂體模擬結(jié)果分析

3.1.1 風(fēng)速場(chǎng)

模擬風(fēng)速矢量圖結(jié)果如圖8所示，冷空氣由進(jìn)風(fēng)口輸入時(shí)速度最大，達(dá)到3.9～4.0 m/s，隨著向后輸送，速度越來(lái)越慢，在垂直方向第四限位欄的風(fēng)速值達(dá)到最低，風(fēng)速小于0.5 m/s。冷空氣在垂直方向前兩欄送風(fēng)時(shí)上部分呈現(xiàn)平行于地板流動(dòng)、下部分出現(xiàn)明顯的回流現(xiàn)象。第三、第四限位欄風(fēng)速值不高且呈現(xiàn)明顯的回流及渦流現(xiàn)象。造成這種現(xiàn)象的原因是：一方面，通過(guò)4—6號(hào)通風(fēng)口進(jìn)入廂體的冷空氣在通過(guò)垂直方向上的第一與第二、第二與第三、第三與第四之間的限位隔板時(shí)受到阻礙，導(dǎo)致后部冷空氣量逐漸減少，并產(chǎn)生回流現(xiàn)象；另一方面，由于冷空氣通過(guò)通風(fēng)管道從通風(fēng)孔處通向限位區(qū)域時(shí)，垂直方向上第一、第二限位欄區(qū)域由于冷空氣在通風(fēng)管道中沒(méi)有消減，而通過(guò)第三、第四限位欄區(qū)域的冷空氣失去了原有的動(dòng)量，導(dǎo)致在尾部因冷空氣不足而產(chǎn)生風(fēng)速低的現(xiàn)象。尾部由于門(mén)板的阻礙，導(dǎo)致氣流無(wú)法流通而產(chǎn)生渦流現(xiàn)象，此問(wèn)題不容易得到解決。

3.1.2 溫度場(chǎng)

模擬廂體溫度云圖如圖9所示，3個(gè)截面云圖分別取自廂體的不同高度。由圖9中得出：廂體內(nèi)溫度分布極為不均，并且?guī)w尾部溫度明顯高于前端部分，達(dá)到26.0～34.0 ℃，廂體第三層尾部溫度格外高，達(dá)到33.0～35.0 ℃；每層中間部分溫度稍低，達(dá)到16.0～24.0 ℃，但中間位置向兩側(cè)的溫度則逐漸升高。造成廂體內(nèi)溫度分布不均的原因是：冷空氣通過(guò)通風(fēng)管道從通風(fēng)孔處通向限位區(qū)域時(shí)，垂直方向上第一、第二限位欄區(qū)域由于冷空氣在通風(fēng)管道中沒(méi)有消減，直接通過(guò)通風(fēng)孔進(jìn)入相應(yīng)的區(qū)域，與熱氣流進(jìn)行能量交換，使得溫度降低；而通過(guò)第三、第四限位欄區(qū)域的冷空氣失去了原有的動(dòng)量，導(dǎo)致在尾部冷空氣不足且流速過(guò)慢，進(jìn)而進(jìn)入第三、第四限位區(qū)域的冷空氣量較少，導(dǎo)致熱氣流得不到良好的熱交換，使得區(qū)域溫度升高。兩側(cè)與中間位置溫度分布差異大，是由于4—6號(hào)進(jìn)風(fēng)口不需要通風(fēng)管道進(jìn)行輸送，冷空氣直接從4—6號(hào)進(jìn)風(fēng)口進(jìn)入廂體，使得中間熱氣流能夠得到較好的熱交換；而兩側(cè)部分的冷空氣來(lái)源只有通過(guò)通風(fēng)管道進(jìn)來(lái)的冷空氣進(jìn)行熱交換，由于通風(fēng)管道的冷空氣量與直接從4—6號(hào)通風(fēng)口進(jìn)入的冷空氣量存在較大的差異，由此產(chǎn)生兩側(cè)較中間位置溫度高的現(xiàn)象。很明顯，廂體內(nèi)這樣的內(nèi)環(huán)境不適合生豬的長(zhǎng)距離運(yùn)輸，需要對(duì)廂體內(nèi)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。

3.2 模擬值與實(shí)測(cè)值驗(yàn)證

圖10為廂體內(nèi)24個(gè)測(cè)點(diǎn)的實(shí)測(cè)風(fēng)速值和模擬風(fēng)速值，其中風(fēng)速值相對(duì)誤差范圍在10%以?xún)?nèi)的測(cè)點(diǎn)有21個(gè)，最大絕對(duì)誤差為0.24 m/s。從對(duì)比結(jié)果中可以看出模擬值與實(shí)測(cè)值的誤差范圍較小，近似吻合。部分模擬值與實(shí)測(cè)值存在誤差，可能是由于湍流模型模擬流場(chǎng)時(shí)存在一定的偏差；測(cè)量環(huán)境與模擬環(huán)境存在差異，但整體擬合度較高，不影響整體的分析與優(yōu)化。

3.2.1 溫度場(chǎng)驗(yàn)證

圖11為廂體內(nèi)24個(gè)測(cè)點(diǎn)的實(shí)測(cè)溫度值和模擬溫度值，其中溫度值相對(duì)誤差范圍在5%以?xún)?nèi)的測(cè)點(diǎn)有20個(gè)，個(gè)別測(cè)點(diǎn)的誤差偏大，最大絕對(duì)誤差為1.8 ℃。從對(duì)比結(jié)果中可以看出模擬值與實(shí)測(cè)值的誤差范圍較小，近似吻合。部分模擬值與實(shí)測(cè)值存在誤差，可能是由于實(shí)測(cè)時(shí)的環(huán)境與模擬的邊界條件存在差異，但整體擬合度較高，不影響整體的分析與優(yōu)化。

3.2.2 驗(yàn)證結(jié)果

通過(guò)風(fēng)速值和溫度值的對(duì)比驗(yàn)證，可以得出模擬值與實(shí)測(cè)值擬合度較高，說(shuō)明利用計(jì)算流體力學(xué)的方法來(lái)研究畜禽運(yùn)輸車(chē)廂體的流動(dòng)狀態(tài)和溫度分布是可行的，利用STAR CCM+軟件設(shè)置的邊界條件是合理、準(zhǔn)確的，可以利用該方法進(jìn)一步對(duì)廂體內(nèi)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化。

3.3 優(yōu)化廂體內(nèi)部結(jié)構(gòu)對(duì)流場(chǎng)分布的影響

3.3.1 改變通風(fēng)圓孔數(shù)量及大小對(duì)廂體內(nèi)氣流分布的影響

廂體內(nèi)每層每側(cè)有2個(gè)通風(fēng)管道，每個(gè)通風(fēng)管道的通風(fēng)口數(shù)量及尺寸一致，直徑為D=40 mm。通過(guò)以上分析得知，需要改變廂體內(nèi)某些結(jié)構(gòu)來(lái)解決廂體內(nèi)溫度分布不均、兩側(cè)較中間位置溫度高的問(wèn)題。為了解決此問(wèn)題，本文將通風(fēng)圓孔的尺寸及數(shù)量進(jìn)行調(diào)整。在進(jìn)風(fēng)溫度和速度不變的情況下，將垂直方向上的第一、第二限位欄區(qū)域的通風(fēng)管道通風(fēng)孔由原來(lái)的32個(gè)改為8個(gè)，通風(fēng)孔尺寸不變，每一限位區(qū)4個(gè)通風(fēng)孔。另將垂直方向上的第三、第四限位欄通風(fēng)圓孔尺寸由原來(lái)的D=40 mm改為D=60 mm，通風(fēng)圓孔數(shù)量不變。結(jié)構(gòu)優(yōu)化圖如圖12所示，經(jīng)過(guò)更改后的模擬云圖如圖13所示?？梢钥闯觯?jīng)過(guò)優(yōu)化后的溫度圖較優(yōu)化前有了明顯的改善，廂體內(nèi)溫度分布較優(yōu)化前較為均勻，并且未出現(xiàn)高溫區(qū)域；兩側(cè)較中間位置溫度有了明顯的改善，兩側(cè)溫度與中間位置溫度相近且均勻度良好。水平方向上第三層后面部分的溫度為25.0 ℃左右的原因是冷空氣與廂體內(nèi)的熱氣流進(jìn)行熱交換后，高溫空氣聚集在尾部，由于高溫空氣向上流動(dòng)的原因，導(dǎo)致較多的高溫氣流聚集在上層尾部，最后通過(guò)排氣口排出廂體。經(jīng)過(guò)優(yōu)化后的溫度云圖可知，該優(yōu)化方案是可行的，對(duì)于解決廂體內(nèi)溫度分布不均、兩側(cè)與中間位置溫度差異大等問(wèn)題具有良好的效果。

3.3.2 鏤空隔板結(jié)構(gòu)對(duì)廂體內(nèi)氣流分布的影響

通過(guò)以上分析得知，需要改變廂體內(nèi)某些結(jié)構(gòu)來(lái)解決廂體內(nèi)尾部溫度高、存在大量冷空氣回流和尾部渦流現(xiàn)象的問(wèn)題。本文將廂體內(nèi)的限位隔板改成鏤空式限位隔板，與每層上面部分的結(jié)構(gòu)相同，以減少冷空氣回流，讓更多的冷空氣能夠輸送到后面部分進(jìn)行熱交換。隔板結(jié)構(gòu)優(yōu)化圖如圖14所示，經(jīng)過(guò)優(yōu)化后的風(fēng)速矢量圖如圖15所示。通過(guò)改變限位隔板的結(jié)構(gòu)，使得大量的冷空氣能夠被輸送到后面部分且回流現(xiàn)象明顯減少。圖13顯示，經(jīng)過(guò)優(yōu)化后的廂體溫度有了明顯的改善，溫度與優(yōu)化前有了明顯的降低，效果良好。

4 結(jié)論

1）通過(guò)計(jì)算流體力學(xué)的方法對(duì)畜禽運(yùn)輸車(chē)的內(nèi)環(huán)境進(jìn)行模擬，得出的模擬值與實(shí)測(cè)值相比，擬合度較高，說(shuō)明利用計(jì)算流體力學(xué)的方法對(duì)畜禽運(yùn)輸車(chē)的內(nèi)環(huán)境進(jìn)行模擬是可行的，在仿真過(guò)程中設(shè)置的邊界條件是正確的、合理的，為后面的進(jìn)一步優(yōu)化仿真提供了理論支撐和技術(shù)支持。

2）通過(guò)模擬得出溫度云圖和風(fēng)速矢量圖，可以直觀地分析造成廂體內(nèi)溫度分布不均的原因是流經(jīng)第一和第二限位區(qū)域的冷空氣量與第三、第四限位區(qū)域的冷空氣量存在差異；兩側(cè)溫度值與中間溫度值存在差異的原因是兩側(cè)的冷空氣量與中間位置的冷空氣量不同；廂體尾部風(fēng)速低且存在大量回流現(xiàn)象的原因是每2個(gè)限位區(qū)域之間的限位隔板阻礙了冷空氣向后方流動(dòng)。這為后面進(jìn)一步對(duì)廂體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化提供了參考。

3）通過(guò)優(yōu)化后的方案，使得廂體的溫度分布較優(yōu)化前有了明顯的改善，溫度大幅度降低且回流現(xiàn)象較少，效果顯著，兩側(cè)與中間溫度分布較為均勻，說(shuō)明本文的優(yōu)化方案是可行的，整體溫度符合生豬的運(yùn)輸環(huán)境。

4）本文未將生豬作為邊界條件進(jìn)行分析，后續(xù)需要將生豬作為模擬中的邊界條件進(jìn)行運(yùn)算分析。本文只分析畜禽運(yùn)輸車(chē)在空載狀態(tài)下的內(nèi)環(huán)境，其結(jié)果顯示優(yōu)化方案可行，為改善畜禽運(yùn)輸車(chē)的內(nèi)環(huán)境提供參考。

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Optimization design of mechanical ventilation of the carriage body of a livestock and poultry carrier based on CFD simulation

WANG Peng1， MIAO Yongcun1， WANG Jianlin1， WU Yanxuan2， FU Aijun*1

（1. School of Mechanical and Automotive Engineering， Guangxi University of Science and Technology， Liuzhou 545616， China; 2. Sinotruk Liuzhou Yunli Special Purpose Vehicle Co.， Ltd.， Liuzhou 545100， China）

Abstract： To study the effect of the internal structure of the carriage of a livestock and poultry carrier on temperature field and wind speed field， and to understand the flow state and temperature distribution of the air flow in the carriage， the CFD model was established by using the computational fluid dynamics （CFD） method， and the temperature field and wind speed field of the carriage were simulated and analyzed. By comparing the simulated values of the model with the measured values， the results show that the maximum absolute error between the simulated values and the measured values is 1.8 ℃; there are 20 measuring points with the relative error range of temperature value within 5%; and there are 21 measuring points with the relative error range of wind speed value within 10%. The simulated results are in good agreement with the measured values. By changing the structure of the bulkhead in the carriage body and the size and number of the ventilation holes， the optimization scheme is provided. After the optimization， the temperature uniformity in the carriage body is significantly improved and the temperature is significantly reduced， which provides a reliable basis for the optimization of the internal environment of the carriage.

Keywords： livestock and poultry carrier; computational fluid dynamics （CFD）; temperature field; wind speed field

（責(zé)任編輯：黎 婭）

收稿日期：2023-06-05；修回日期：2023-09-22

基金項(xiàng)目：柳州市科技計(jì)劃項(xiàng)目（2021AAA0115）資助

第一作者：王朋，在讀碩士研究生

*通信作者：傅愛(ài)軍，教授，碩士生導(dǎo)師，研究方向：汽車(chē)結(jié)構(gòu)優(yōu)化，E-mail：2394523982@qq.com