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气调保鲜运输是一种先进、有效的果蔬运输方式。国外的气调保鲜运输技术存在气调效率低或成本高等问题,不适合我国国情。开展具有成本低、气调快等特点的果蔬保鲜运输技术与机理的研究,既有科学理论意义,又有实用应用价值。本文围绕气调运输保鲜环境调控机理及优化,针对厢体结构、液氮充注气调、温湿度调节、变频通风、保鲜环境综合调控机制、样车研制和试验等内容展开研究。具体内容如下: 1)厢体结构 结合流场优化与保鲜环境调控设备安装布局,设计了基于压差原理的运输厢体结构。通过对“上进上出”和“上进下出”和“压差式”3种冷藏运输厢体进行数值模拟,结果表明“压差式”厢体内部的流场最均匀。研究了“压差式”厢体的通风阻力特性,开孔隔板的开孔率应大于3.89%。 2)液氮充注气调建立液氮充注气调数学模型,得出了液氮充注时氧气浓度和温度随时间的变化规律计算公式。研究了液氮充注的温度调节性能,结果表明,开孔隔板处的平均温度随汽化盘管长度的增加而增加,随风速的增加而增加,随回风道长度的增加而增加,随液氮罐出液阀孔径的增大而降低。 采用温度优先和控制参数双限值的控制算法,设计了液氮充注气调控制系统,系统运行稳定,可靠性高。 3)湿度调节 设计高压雾化加湿装置,分析了高压雾化加湿系统的湿度调节特性。结果表明:设计的保鲜箱体结构有利于加速液滴雾化,防止果蔬包装箱强度降低;高压雾化加湿系统的加湿效率与风速、开孔率呈非线性关系;在风速和开孔率相同的情况下,回风道越长,保鲜室内湿度分布越均匀。 设计超声波加湿装置,分析了超声波加湿的湿度调节特性。结果表明:加湿时间随隔板开孔率增大而增大、随进气口缝隙的增大而增大;导向板角对加湿时间影响较小;回风道风速对加湿时间的影响与进气口缝隙存在交互作用。 对比了超声波加湿和高压雾化加湿方式对气调保鲜环境调控的影响。超声波加湿对厢体内气体成分变化无影响,高压雾化加湿引起厢体内氧气和二氧化碳体积分数明显波动;超声波加湿比高压雾化加湿节约电能34.9%,在液氮消耗量上节省57.7%。 4)温度调节 研究了保鲜运输车厢温度场分布特性,结果表明:回风道风速越大,回风道越长,保鲜厢内的温度场均匀性越好;堆码方式为中间两侧留空时,厢体内温度场均匀性优于中间留空、两侧留空和满载等3种堆码方式;开孔隔板开孔率对温度场均匀性的影响较小;有气流导轨时的温度场均匀性优于无气流导轨时的温度场。 设计了基于双温度传感器的温度控制系统,既能将运输厢内的温度控制在果蔬适宜的温度,又能防止部分果蔬在运输中被冻伤。对厢体中间两侧留空、两侧留空和满载等3种果蔬堆码方式的模型进行温度场的数值模拟发现,在中间两侧留空方式下,厢体温度场较均匀。研究了不同湿度水平对制冷速率的影响,在制冷过程中,厢体内维持湿度水平越高,制冷时间越短,制冷机组降温速率越快。 5)变频通风 研究了厢体内不同通风量对液氮充注气调、制冷、超声波加湿和换气等装置的工作性能调节特性,优化了保鲜环境调节装置工作的风机频率,设计了气调保鲜运输变频通风系统。结果表明,变频通风系统的总能耗比定频节能15.2%,风机能耗比定频低81.8%。 6)保鲜环境综合调控试验研究了制冷、加湿、液氮充注气调、换气等调节过程对保鲜环境中温度、湿度、氧气浓度、二氧化碳浓度等参数的影响,分析液氮充注气调保鲜运输环境因素间的耦合关系。结果表明:液氮充注气调对温度和湿度影响均较大;制冷对湿度影响较大;换气对气体成分影响较大。 通过试验得到液氮充注气调过程中制冷延时开启的计算公式,优化了初调阶段控制策略,提高了初调阶段控制效率,解决控制设备频繁动作的问题,设计了气调保鲜环境综合调控策略,可快速、稳定的调节保鲜环境。 7)气调保鲜运输车研制设计了液氮充注气调保鲜运输车,该车可在34min内将厢体内的氧气浓度从21%降至5%,在18min内将厢体内的湿度从35%RH升至95%RH,集中控制系统可根据运输果蔬类型,自动调整保鲜环境的温度、湿度和气体成分,实现了提高果蔬保鲜运输技术水平和降低运输成本的目的。