一種車廂內(nèi)溫度場的模擬方法及系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種車廂內(nèi)溫度場的模擬方法及系統(tǒng)，該方法包括：獲取3D模型的邊界條件；將獲取到的邊界條件導入到SSTκ-ω方程中；采用有限體積法數(shù)學模型，計算所述3D模型內(nèi)的溫度。采用本發(fā)明提供的車廂內(nèi)溫度場的模擬方法能夠準確估計壁面區(qū)域湍流強度，從而更為準確的模擬相應空間的溫度場分布。
【專利說明】一種車廂內(nèi)溫度場的模擬方法及系統(tǒng)
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及計算機仿真【技術領域】，尤其涉及到一種車廂內(nèi)溫度場的模擬方法及系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002]冷藏運輸是冷鏈物流的重要環(huán)節(jié)，溫度控制是整個食品冷鏈運輸系統(tǒng)的關鍵，也是保證食品質(zhì)量和安全的關鍵。以果蔬為例，溫度過高會加快果蔬呼吸，過低會對果蔬產(chǎn)生冷害，都不利于運輸。同時，溫度也是影響微生物在食品中生存和增長的關鍵因素，如果食品沒有被存儲在適當?shù)臏囟认?，那么食品腐蝕就會開始。為合理控制溫度，精確掌握車廂內(nèi)部溫度的空間分布特征是其基礎。近年來，隨著計算機技術的不斷發(fā)展，車廂溫度場的三維模擬成為預測車廂內(nèi)溫度場分布以及優(yōu)化車廂結構的重要技術參考，在整個食品冷鏈運輸中其中至關重要的作用。主要原因有:1.直接關系到冷藏食品能否安全運輸；2.更能直觀的預測在運輸過程中車廂內(nèi)溫度場的變化以及分布情況；3.直接關系到食品冷鏈運輸?shù)恼w經(jīng)濟效益。因此，為保證食品安全運輸，降低不必要的能量消耗，提高整體冷鏈運輸經(jīng)濟效益是我們所追求的目標。
[0003]由于車廂內(nèi)溫度場分布是一個連續(xù)變化的過程，直接監(jiān)控會消耗大量的人力物力，并且直接監(jiān)控所用到的儀器設備也不易于食品的運輸，因此，車廂內(nèi)溫度場的三維模擬，預測車廂內(nèi)溫度場的變化以及分布情況，成為食品冷鏈運輸行業(yè)研究的熱點之一。本發(fā)明人在深入研究的過程中，發(fā)現(xiàn)了以下不足之處:相關研究多采用κ-ε兩方程數(shù)學模型，該模型對于冷庫等大空間氣流模擬具有一定優(yōu)勢，但本研究的載體為冷藏車車廂，其空氣流動速度較低，采用κ-ε模型可能會過大估計壁面區(qū)域湍流強度，導致模擬結果不夠準確。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明提供了一種車廂內(nèi)溫度場的模擬方法，能夠準確估計壁面區(qū)域湍流強度，從而更為準確的模擬相應空間的溫度場分布。
[0005]本發(fā)明提供了一種車廂內(nèi)溫度場的模擬方法，所述方法包括:
[0006]建立車廂的3D模型；
[0007]獲取所述3D模型的邊界條件；
[0008]將獲取到的邊界條件導入到SST K - ω方程中；
[0009]采用有限體積法數(shù)學模型，模擬車廂內(nèi)的溫度場。
[0010]優(yōu)選的，所述獲取所述3D模型的邊界條件，包括:
[0011]獲取所述3D模型的尺寸信息和物性參數(shù)，根據(jù)獲取到的尺寸信息和物性參數(shù)計算所述3D模型的邊界條件。
[0012]優(yōu)選的，所述獲取所述3D模型的尺寸信息和物性參數(shù)，具體包括:獲取所述3D模型的湍流特征尺度L和風速V ；[0013]所述根據(jù)獲取到的尺寸信息和物性參數(shù)計算所述3D模型的邊界條件，具體為:
[0014]利用如下公式分別計算流體雷諾數(shù)Re、湍流長度尺度1、湍動能K和紊流比耗散
率
【權利要求】
1.一種車廂內(nèi)溫度場的模擬方法,其特征在于,所述方法包括: 建立車廂的3D模型； 獲取所述3D模型的邊界條件； 將獲取到的邊界條件導入到SST K-ω方程中； 采用有限體積法數(shù)學模型，模擬車廂內(nèi)的溫度場。
2.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述獲取所述3D模型的邊界條件，包括: 獲取所述3D模型的尺寸信息和物性參數(shù)，根據(jù)獲取到的尺寸信息和物性參數(shù)計算所述3D模型的邊界條件。
3.如權利要求2所述的方法，其特征在于，所述獲取所述3D模型的尺寸信息和物性參數(shù)，具體包括:獲取所述3D模型的湍流特征尺度L和風速V ； 所述根據(jù)獲取到的尺寸信息和物性參數(shù)計算所述3D模型的邊界條件，具體為: 利用如下公式分別計算流體雷諾數(shù)Re、湍流長度尺度1、湍動能K和紊流比耗散率ω:





4.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述獲取所述3D模型的邊界條件之前，所述方法還包括: 確定所述3D模型的邊界條件類型，設置所述3D模型內(nèi)的冷氣出風口為速度進口，風機下表面離心式循環(huán)風機面為出口流動邊界，3D模型內(nèi)的貨物區(qū)定義為多孔介質(zhì)，3D模型內(nèi)的其他區(qū)域定義為流體。
5.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述獲取所述3D模型的邊界條件之前，所述方法還包括:獲取所述3D模型的材料特性。
6.如權利要求5所述的方法，其特征在于，所述獲取所述3D模型的材料特性，具體包括: 獲取貨物區(qū)的呼吸熱、熱導率、新建材料密度。
7.如權利要求6所述的方法，其特征在于，所述獲取貨物區(qū)的呼吸熱，具體包括: 建立貨物區(qū)的多孔介質(zhì)模型； 通過如下公式獲取貨物區(qū)的呼吸熱Q:

8.如權利要求7所述的方法，其特征在于，所述建立貨物區(qū)的多孔介質(zhì)模型，具體包括: 按照如下公式建立貨物區(qū)的多孔介質(zhì)模型:
9.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述SSTK - ω方程中，使用基于壓力的分離式求解器，動量、能量、湍動能、擴散率的離散格式為一階迎風格式，壓力速度耦合方法采用PISO算法。
10.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述采用有限體積法數(shù)學模型，計算所述3D模型內(nèi)的溫度之前，所述方法還包括: 調(diào)整求解過程中欠松弛因子的大小。
11.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述采用有限體積法數(shù)學模型，模擬車廂內(nèi)的溫度場之后，所述方法還包括: 接收用戶輸入溫度查詢信息，所述溫度查詢信息中包含用戶所要查詢的位置的位置信息； 根據(jù)所述溫度查詢信息中的位置信息向用戶返回所述位置信息對應的位置的溫度。
12.—種車廂內(nèi)溫度場的模擬系統(tǒng),其特征在于,包括: 模型建立模塊，用于建立車廂的3D模型； 第一獲取模塊，用于獲取所述3D模型的邊界條件； 調(diào)用模塊，用于將獲取到的邊界條件導入到SSTk -ω方程中； 模擬模塊，用于采用有限體積法數(shù)學模型，模擬車廂內(nèi)的溫度場。
13.如權利要求1所述的模擬系統(tǒng)，其特征在于，所述第一獲取模塊具體用于，獲取所述3D模型的尺寸信息和物性參數(shù)，根據(jù)獲取到的尺寸信息和物性參數(shù)計算所述3D模型的邊界條件。
14.如權利要求13所述的模擬系統(tǒng)，其特征在于，所述第一獲取模塊具體用于，獲取所述3D模型的湍流特征尺度L和風速V，并利用如下公式分別計算流體雷諾數(shù)Re、湍流長度




I尺度1、湍動能K和紊流比耗散率ω: _ vpL.1 = 0.07L ； K.= -(vl)' ; ? = 了；其
15.如權利要求14所述的模擬系統(tǒng)，其特征在于，還包括: 類型選擇模塊，用于確定所述3D模型的邊界條件類型，設置所述3D模型內(nèi)的冷氣出風口為速度進口，風機下表面離心式循環(huán)風機面為出口流動邊界，3D模型內(nèi)的貨物區(qū)定義為多孔介質(zhì)，3D模型內(nèi)的其他區(qū)域定義為流體。
16.如權利要求12所述的模擬系統(tǒng)，其特征在于，還包括:第二獲取模塊，用于獲取所述3D模型的材料特性。
17.如權利要求16所述的模擬系統(tǒng)，其特征在于，所述第二獲取模塊具體用于獲取貨物區(qū)的呼吸熱、熱導率、新建材料密度。
18.如權利要求17所述的模擬系統(tǒng)，其特征在于，第二獲取模塊具體包括: 建模子模塊，用于建立貨物區(qū)的多孔介質(zhì)模型； 呼吸熱子模塊，用于通過如下公式獲取貨物區(qū)的呼吸熱Q:
19.如權利要求18所述的模擬系統(tǒng)，其特征在于，所述建模子模塊具體用于，按照如下公式建立貨物區(qū)的多孔介質(zhì)模型:

20.如權利要求12所述的模擬系統(tǒng)，其特征在于，所述SSTK - ω方程中，使用基于壓力的分離式求解器，動量、能量、湍動能、擴散率的離散格式為一階迎風格式，壓力速度耦合方法采用PISO算法。
21.如權利要求12所述的模擬系統(tǒng)，其特征在于，還包括: 優(yōu)化模塊，調(diào)整求解過程中欠松弛因子的大小。
22.如權利要求12所述的模擬系統(tǒng)，其特征在于，還包括: 人機交互模塊，用于接收用戶輸入溫度查詢信息，所述溫度查詢信息中包含用戶所要查詢的位置的位置信息； 溫度報告模塊，用于根據(jù)所述溫度查詢信息中的位置信息向用戶返回所述位置信息對應的位置的溫度。
【文檔編號】G06F17/50GK103631995SQ201310596924
【公開日】2014年3月12日 申請日期:2013年11月22日 優(yōu)先權日:2013年11月22日
【發(fā)明者】錢建平, 韓佳偉, 楊信廷, 范蓓蕾, 劉壽春 申請人:北京農(nóng)業(yè)信息技術研究中心