一种车厢内温度场的模拟方法及系统的制作方法
【专利摘要】本发明提供了一种车厢内温度场的模拟方法及系统，该方法包括：获取3D模型的边界条件；将获取到的边界条件导入到SSTκ-ω方程中；采用有限体积法数学模型，计算所述3D模型内的温度。采用本发明提供的车厢内温度场的模拟方法能够准确估计壁面区域湍流强度，从而更为准确的模拟相应空间的温度场分布。
【专利说明】一种车厢内温度场的模拟方法及系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及计算机仿真【技术领域】，尤其涉及到一种车厢内温度场的模拟方法及系统。
【背景技术】
[0002]冷藏运输是冷链物流的重要环节，温度控制是整个食品冷链运输系统的关键，也是保证食品质量和安全的关键。以果蔬为例，温度过高会加快果蔬呼吸，过低会对果蔬产生冷害，都不利于运输。同时，温度也是影响微生物在食品中生存和增长的关键因素，如果食品没有被存储在适当的温度下，那么食品腐蚀就会开始。为合理控制温度，精确掌握车厢内部温度的空间分布特征是其基础。近年来，随着计算机技术的不断发展，车厢温度场的三维模拟成为预测车厢内温度场分布以及优化车厢结构的重要技术参考，在整个食品冷链运输中其中至关重要的作用。主要原因有:1.直接关系到冷藏食品能否安全运输；2.更能直观的预测在运输过程中车厢内温度场的变化以及分布情况；3.直接关系到食品冷链运输的整体经济效益。因此，为保证食品安全运输，降低不必要的能量消耗，提高整体冷链运输经济效益是我们所追求的目标。
[0003]由于车厢内温度场分布是一个连续变化的过程，直接监控会消耗大量的人力物力，并且直接监控所用到的仪器设备也不易于食品的运输，因此，车厢内温度场的三维模拟，预测车厢内温度场的变化以及分布情况，成为食品冷链运输行业研究的热点之一。本发明人在深入研究的过程中，发现了以下不足之处:相关研究多采用κ-ε两方程数学模型，该模型对于冷库等大空间气流模拟具有一定优势，但本研究的载体为冷藏车车厢，其空气流动速度较低，采用κ-ε模型可能会过大估计壁面区域湍流强度，导致模拟结果不够准确。
【发明内容】
[0004]本发明提供了一种车厢内温度场的模拟方法，能够准确估计壁面区域湍流强度，从而更为准确的模拟相应空间的温度场分布。
[0005]本发明提供了一种车厢内温度场的模拟方法，所述方法包括:
[0006]建立车厢的3D模型；
[0007]获取所述3D模型的边界条件；
[0008]将获取到的边界条件导入到SST K - ω方程中；
[0009]采用有限体积法数学模型，模拟车厢内的温度场。
[0010]优选的，所述获取所述3D模型的边界条件，包括:
[0011]获取所述3D模型的尺寸信息和物性参数，根据获取到的尺寸信息和物性参数计算所述3D模型的边界条件。
[0012]优选的，所述获取所述3D模型的尺寸信息和物性参数，具体包括:获取所述3D模型的湍流特征尺度L和风速V ；[0013]所述根据获取到的尺寸信息和物性参数计算所述3D模型的边界条件，具体为:
[0014]利用如下公式分别计算流体雷诺数Re、湍流长度尺度1、湍动能K和紊流比耗散
率
【权利要求】
1.一种车厢内温度场的模拟方法,其特征在于,所述方法包括: 建立车厢的3D模型； 获取所述3D模型的边界条件； 将获取到的边界条件导入到SST K-ω方程中； 采用有限体积法数学模型，模拟车厢内的温度场。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取所述3D模型的边界条件，包括: 获取所述3D模型的尺寸信息和物性参数，根据获取到的尺寸信息和物性参数计算所述3D模型的边界条件。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述获取所述3D模型的尺寸信息和物性参数，具体包括:获取所述3D模型的湍流特征尺度L和风速V ； 所述根据获取到的尺寸信息和物性参数计算所述3D模型的边界条件，具体为: 利用如下公式分别计算流体雷诺数Re、湍流长度尺度1、湍动能K和紊流比耗散率ω:
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取所述3D模型的边界条件之前，所述方法还包括: 确定所述3D模型的边界条件类型，设置所述3D模型内的冷气出风口为速度进口，风机下表面离心式循环风机面为出口流动边界，3D模型内的货物区定义为多孔介质，3D模型内的其他区域定义为流体。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取所述3D模型的边界条件之前，所述方法还包括:获取所述3D模型的材料特性。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述获取所述3D模型的材料特性，具体包括: 获取货物区的呼吸热、热导率、新建材料密度。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述获取货物区的呼吸热，具体包括: 建立货物区的多孔介质模型； 通过如下公式获取货物区的呼吸热Q:
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述建立货物区的多孔介质模型，具体包括: 按照如下公式建立货物区的多孔介质模型:
9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述SSTK - ω方程中，使用基于压力的分离式求解器，动量、能量、湍动能、扩散率的离散格式为一阶迎风格式，压力速度耦合方法采用PISO算法。
10.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述采用有限体积法数学模型，计算所述3D模型内的温度之前，所述方法还包括: 调整求解过程中欠松弛因子的大小。
11.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述采用有限体积法数学模型，模拟车厢内的温度场之后，所述方法还包括: 接收用户输入温度查询信息，所述温度查询信息中包含用户所要查询的位置的位置信息； 根据所述温度查询信息中的位置信息向用户返回所述位置信息对应的位置的温度。
12.—种车厢内温度场的模拟系统,其特征在于,包括: 模型建立模块，用于建立车厢的3D模型； 第一获取模块，用于获取所述3D模型的边界条件； 调用模块，用于将获取到的边界条件导入到SSTk -ω方程中； 模拟模块，用于采用有限体积法数学模型，模拟车厢内的温度场。
13.如权利要求1所述的模拟系统，其特征在于，所述第一获取模块具体用于，获取所述3D模型的尺寸信息和物性参数，根据获取到的尺寸信息和物性参数计算所述3D模型的边界条件。
14.如权利要求13所述的模拟系统，其特征在于，所述第一获取模块具体用于，获取所述3D模型的湍流特征尺度L和风速V，并利用如下公式分别计算流体雷诺数Re、湍流长度
I尺度1、湍动能K和紊流比耗散率ω: _ vpL.1 = 0.07L ； K.= -(vl)' ; ? = 了；其
15.如权利要求14所述的模拟系统，其特征在于，还包括: 类型选择模块，用于确定所述3D模型的边界条件类型，设置所述3D模型内的冷气出风口为速度进口，风机下表面离心式循环风机面为出口流动边界，3D模型内的货物区定义为多孔介质，3D模型内的其他区域定义为流体。
16.如权利要求12所述的模拟系统，其特征在于，还包括:第二获取模块，用于获取所述3D模型的材料特性。
17.如权利要求16所述的模拟系统，其特征在于，所述第二获取模块具体用于获取货物区的呼吸热、热导率、新建材料密度。
18.如权利要求17所述的模拟系统，其特征在于，第二获取模块具体包括: 建模子模块，用于建立货物区的多孔介质模型； 呼吸热子模块，用于通过如下公式获取货物区的呼吸热Q:
19.如权利要求18所述的模拟系统，其特征在于，所述建模子模块具体用于，按照如下公式建立货物区的多孔介质模型:
20.如权利要求12所述的模拟系统，其特征在于，所述SSTK - ω方程中，使用基于压力的分离式求解器，动量、能量、湍动能、扩散率的离散格式为一阶迎风格式，压力速度耦合方法采用PISO算法。
21.如权利要求12所述的模拟系统，其特征在于，还包括: 优化模块，调整求解过程中欠松弛因子的大小。
22.如权利要求12所述的模拟系统，其特征在于，还包括: 人机交互模块，用于接收用户输入温度查询信息，所述温度查询信息中包含用户所要查询的位置的位置信息； 温度报告模块，用于根据所述温度查询信息中的位置信息向用户返回所述位置信息对应的位置的温度。
【文档编号】G06F17/50GK103631995SQ201310596924
【公开日】2014年3月12日 申请日期:2013年11月22日 优先权日:2013年11月22日
【发明者】钱建平, 韩佳伟, 杨信廷, 范蓓蕾, 刘寿春 申请人:北京农业信息技术研究中心