CN103631995A - 一种车厢内温度场的模拟方法及系统 - Google Patents

Abstract

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。

Description

一种车厢内温度场的模拟方法及系统

技术领域

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

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。

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

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。

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：

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SSTκ-ω方程中；

采用有限体积法数学模型，模拟车厢内的温度场。

优选的，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。

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；

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l、湍动能κ和紊流比耗散率ω：

l＝0.07L；

其中ρ为空气密度，μ为空气动力粘度，C=0.09。

优选的，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。

优选的，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。

优选的，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。

优选的，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：

$Q={\mathrm{\ρ}}_g\frac{[0.8039(T-273.15)+14.303]}{1000},T>276.15;$

$Q={\mathrm{\ρ}}_g\frac{[-0.8196(T-273.15)+20]}{1000},273.15\≤T\≤276.15;$

所述获取货物区的热导率，具体包括：通过如下公式获取货物区热导率λe：

${\mathrm{\λ}}_e={\mathrm{\λ}}_g\left[\frac{{\mathrm{\λ}}_s+{2\mathrm{\λ}}_g-2(1-\mathrm{\ξ})({\mathrm{\λ}}_g-{\mathrm{\λ}}_s)}{{\mathrm{\λ}}_s+{2\mathrm{\λ}}_g+(1-\mathrm{\ξ})({\mathrm{\λ}}_g-{\mathrm{\λ}}_s)}\right]$

其中：λg为气体热导率；λs为固体热导率；ξ为多孔介质的孔隙率，取0.3；ρg为多孔介质密度；T为多孔介质温度。

优选的，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：

$S_i=-(\underset{j=1}{\overset{3}{\mathrm{\Σ}}}{D}_{\mathrm{ij}}\mathrm{\μ}{v}_j+\underset{j=1}{\overset{3}{\mathrm{\Σ}}}{C}_{\mathrm{ij}}\frac{1}{2}\mathrm{\ρ}|v_j\left|v_j\right);$

其中，S_i为i向的动量源项；D和C分别是黏性阻力系数和惯性阻力系数；μ是流体黏度；ρ是流体密度；v_j为j向流速。

优选的，所述SSTκ-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。

优选的，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。

优选的，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。

本发明还提供了一种车厢内温度场的模拟系统，该系统包括：

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SSTκ-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。

优选的，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。

优选的，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、湍流长度尺度l、湍动能κ和紊流比耗散率ω：

l＝0.07L；

其中ρ为空气密度，μ为空气动力粘度，C=0.09。

优选的，所述模拟系统还包括：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。

优选的，所述模拟系统还包括：第二获取模块，用于获取所述3D模型的材料特性。

优选的，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。

优选的，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：

$Q={\mathrm{\ρ}}_g\frac{[0.8039(T-273.15)+14.303]}{1000},T>276.15;$

$Q={\mathrm{\ρ}}_g\frac{[-0.8196(T-273.15)+20]}{1000},273.15\≤T\≤276.15;$

热导率子模块，用于通过如下公式获取货物区热导率λe：

${\mathrm{\λ}}_e={\mathrm{\λ}}_g\left[\frac{{\mathrm{\λ}}_s+{2\mathrm{\λ}}_g-2(1-\mathrm{\ξ})({\mathrm{\λ}}_g-{\mathrm{\λ}}_s)}{{\mathrm{\λ}}_s+{2\mathrm{\λ}}_g+(1-\mathrm{\ξ})({\mathrm{\λ}}_g-{\mathrm{\λ}}_s)}\right]$

其中：λg为气体热导率；λs为固体热导率；ξ为多孔介质的孔隙率，取0.3；ρg为多孔介质密度；T为多孔介质温度。

优选的，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： $S_i=-(\underset{j=1}{\overset{3}{\mathrm{\Σ}}}{D}_{\mathrm{ij}}\mathrm{\μ}{v}_j+\underset{j=1}{\overset{3}{\mathrm{\Σ}}}{C}_{\mathrm{ij}}\frac{1}{2}\mathrm{\ρ}|v_j\left|v_j\right);$

其中，S_i为i向的动量源项；D和C分别是黏性阻力系数和惯性阻力系数；μ是流体黏度；ρ是流体密度；v_j为j向流速。

优选的，所述SSTκ-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。

优选的，所述模拟系统还包括：

优化模块，调整求解过程中欠松弛因子的大小。

优选的，所述模拟系统还包括：

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。

本发明提供的车厢内温度场的模拟方法中，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。同时，本发明提供的车厢内温度场的模拟方法中，还能够根据用户输入的位置信息向用户返回相应位置的温度信息，便于用户查询。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种车厢内温度场的模拟方法的流程示意图；

图2为本发明实施例提供的一种车厢内温度场的模拟方法的流程示意图；

图3为本发明实施例提供的一种车厢内温度场的模拟方法的流程示意图；

图4为本发明实施例提供的车厢内温度场的模拟方法所模拟的车厢的结构示意图；其中1、2、3、4、5、6依次为冷气出风口、风速仪探头、数据线、风速仪、离心式循环风机、气流导轨；

图5为本发明实施例提供的一种车厢内温度场的模拟方法中查询温度的流程示意图；

图6为本发明实施例提供的一种车厢内温度场的模拟系统的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

本发明实施例提供了一种车厢内温度场的模拟方法，如图1所示，该方法包括可以包括以下流程：

步骤101，建立车厢的3D模型。

步骤102，获取所述3D模型的边界条件。

步骤103，将获取到的边界条件导入到SSTκ-ω方程中。

步骤104，采用有限体积法数学模型，模拟车厢内的温度场。

本申请发明人经过大量的实验和统计发现，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。

优选的，上述步骤102具体包括如图2所述的各个步骤：

步骤201，获取所述3D模型的尺寸信息和物性参数；

步骤202，根据获取到的尺寸信息和物性参数计算3D模型的边界条件。本领域技术人员可以理解，3D模型的尺寸信息和物性参数也即是车厢对应的尺寸信息和物性参数。

优选的，上述步骤201具体包括：获取所述3D模型的湍流特征尺度L和风速V；这里的湍流特征尺度L和风速V可以通过对车厢的测量获取，在此亦不再赘述。

上述的步骤202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l、湍动能κ和紊流比耗散率ω：

l＝0.07L；

其中ρ为空气密度，μ为空气动力粘度，C=0.09。

优选的，步骤102之前，该方法还包括：

确定所述3D模型的边界条件类型，设置3D模型内的冷气出风口为velocity-inlet（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。

进一步的，步骤102之前，该方法还可以包括：

获取3D模型的材料特性。

优选的，获取的材料特性具体为：货物区的呼吸热、热导率、新建材料密度。

优选的，可以通过如下方式获取货物区的呼吸热、热导率：

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：

$Q={\mathrm{\ρ}}_g\frac{[0.8039(T-273.15)+14.303]}{1000},T>276.15;$

$Q={\mathrm{\ρ}}_g\frac{[-0.8196(T-273.15)+20]}{1000},273.15\≤T\≤276.15;$

所述获取货物区的物性参数热导率，具体包括：通过如下公式获取货物区热导率λe：

${\mathrm{\λ}}_e={\mathrm{\λ}}_g\left[\frac{{\mathrm{\λ}}_s+{2\mathrm{\λ}}_g-2(1-\mathrm{\ξ})({\mathrm{\λ}}_g-{\mathrm{\λ}}_s)}{{\mathrm{\λ}}_s+{2\mathrm{\λ}}_g+(1-\mathrm{\ξ})({\mathrm{\λ}}_g-{\mathrm{\λ}}_s)}\right]$

其中：λg为气体热导率；λs为固体热导率；ξ为多孔介质的孔隙率，取0.3；ρg为多孔介质密度；T为多孔介质温度。

优选的，上述的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：

其中，S_i为i向的动量源项；D和C分别是黏性阻力系数和惯性阻力系数；μ是流体黏度；ρ是流体密度；v_j为j向流速。

优选的，上述的SSTκ-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。

优选的，步骤104之前，该方法还包括：调整用于控制求解的有关参数，包括调整求解过程中欠松弛因子的大小。通过这种方式，能够更利于求解器收敛。

优选的，在步骤104之后，该方法还可以如图1所示包括：

步骤105，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；

步骤106，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。

本发明优先的实施例中，还能够根据用户输入的位置信息向用户返回相应位置的温度信息，便于用户查询。

下面结合附图3对本发明实施例提供的完整实施例进行详细说明，本发明实施例3中，假设待模拟的空间为冷藏车厢，如图3所示，该方法可以包括：

步骤301，测量车厢的尺寸，以及车厢内的温度信息和风速信息。

假设本发明实施例中，车厢的结构图可如图4所示，长度为4m，高度为1.7m，宽度为2m，离心式循环风机位于车厢一侧的顶部。考虑风速是瞬态不稳定值，将风速探头固定在冷气出风口，并将风速仪与计算机连接实时检测风速变化，通过间歇性调节风机速度，确保风速的稳定性。由于装载后的箱体内不易布置多个温度传感器，试验仅布置5个温度测试点。沿着长度方向，以1m为间距，在厢体内部的3个横截面上各布置2个、1个、2个温度测试点，同一截面上的两个测试点对角放置。在不同的风速下，系统每隔2min自动记录温度测试点的温度值，每种风速测试记录120min，取后10组数据平均值作为试验对比数据。

步骤302，根据测量的尺寸建立三维模型，将三维模型网格化。

依据实际尺寸构建三维模型，划分为网格大小为5cm的结构化网格，冷气出风口界面网格化时有对其局部加密，厢体壁面区域加5层边界层，为更好的反映出壁面区域温度的变化情况，具体地网格化方法是利用Hex/Map将体划分为六面体结构化网格，最后以.msh文件的格式导出，作为下一步模拟要导入的网格文件。

步骤303，检查各个网格的尺寸是否正确。

这里的检查网格尺寸是否正确可以为检查网格的尺寸是否过大或者过小，是否规则等。

步骤304，建立货物区的多孔介质模型。具体的，按照如下公式建立多孔介质模型： $S_i=-(\underset{j=1}{\overset{3}{\mathrm{\Σ}}}{D}_{\mathrm{ij}}\mathrm{\μ}{v}_j+\underset{j=1}{\overset{3}{\mathrm{\Σ}}}{C}_{\mathrm{ij}}\frac{1}{2}\mathrm{\ρ}|v_j\left|v_j\right);$

其中，S_i为i向的动量源项；D和C分别是黏性阻力系数和惯性阻力系数；μ是流体黏度；ρ是流体密度；v_j为j向流速。

步骤305，获取货物区的材料特性。

这里的材料特性可以包括：呼吸热Q、热导率λe，和新建材料密度，以及热导率和呼吸热。新建材料密度是根据货物区以及车厢的密度计算得到的。

具体的，建立货物区的多孔介质模型，并通过如下公式获取货物区的呼吸热Q： $Q={\mathrm{\ρ}}_g\frac{[0.8039(T-273.15)+14.303]}{1000},T>276.15;$

$Q={\mathrm{\ρ}}_g\frac{[-0.8196(T-273.15)+20]}{1000},273.15\≤T\≤276.15;$

通过如下公式获取货物区热导率λe：

${\mathrm{\λ}}_e={\mathrm{\λ}}_g\left[\frac{{\mathrm{\λ}}_s+{2\mathrm{\λ}}_g-2(1-\mathrm{\ξ})({\mathrm{\λ}}_g-{\mathrm{\λ}}_s)}{{\mathrm{\λ}}_s+{2\mathrm{\λ}}_g+(1-\mathrm{\ξ})({\mathrm{\λ}}_g-{\mathrm{\λ}}_s)}\right]$

其中：λg为气体热导率；λs为固体热导率；ξ为多孔介质的孔隙率，取0.3；ρg为多孔介质密度；T为多孔介质温度。

其中孔隙率ξ和比热容C₁的计算公式分别为：

$\mathrm{\ξ}=\frac{V_b-V_t}{V_b};$

C₁＝ξC_g+(1-ξ)C_s；

其中ξ为孔隙率；V_b为1个箱体的体积；V_t为1个箱体内总体积；

C1——货物区比热容；C_g——空气比热容；C_s——货物比热容。

步骤306，确定三维模型的边界条件类型。

本发明实施例中，确定所述3D模型的边界条件类型中，设置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流体,3D模型内的其他区域定义为流体。

步骤307，根据步骤301中采集的尺寸信息、车厢内的温度信息和风速信息计算边界条件并导入SSTκ-ω方程。

具体的，边界条件包括：体雷诺数Re、湍流长度尺度l、出风口的风速V、湍动能κ和紊流比耗散率ω、货物区呼吸热、以及货物区粘性阻力系数和惯性阻力系数；

其中， $\mathrm{Re}=\frac{\mathrm{v\ρL}}{\mathrm{\μ}};$ l＝0.07L； $\mathrm{\κ}=\frac{3}{2}{\left(v1\right)}^2;$ $\mathrm{\ω}=\frac{{\mathrm{\κ}}^{\frac{1}{2}}}{C^{\frac{1}{4}}1};$ 其中ρ为空气密度，μ为空气动力粘度，C=0.09。

所述计算模型为SSTκ-ω方程为如下的方程（1）和（2）：

$\begin{array}{c}\frac{\∂\left(\mathrm{\ρk}\right)}{\∂t}+\frac{\∂}{{\∂x}_j}\left(\mathrm{\ρ}{U}_{j}k\right)=\frac{\∂}{{\∂x}_j}\left[(\mathrm{\μ}+\frac{{\mathrm{\μ}}_t}{{\mathrm{\σ}}_{k3}})\frac{\∂k}{{\∂x}_j}\right]\\ +P_k-{\mathrm{\β}}^{\′}\mathrm{\ρk\ω}+P_{\mathrm{kb}}\end{array}---\left(1\right)$

$\begin{array}{c}\frac{\∂\left(\mathrm{\ρ\ω}\right)}{\∂t}+\frac{\∂}{{\∂x}_j}\left(\mathrm{\ρ}{U}_j\mathrm{\ω}\right)=\frac{\∂}{{\∂x}_j}\left[(\mathrm{\μ}+\frac{{\mathrm{\μ}}_t}{{\mathrm{\σ}}_{k3}})\frac{\∂\mathrm{\ω}}{{\∂x}_j}\right]+\\ 2(1-F_1)\mathrm{\ρ}\frac{1}{{\mathrm{\σ}}_{\mathrm{\ω}2}}\frac{\∂k}{{\∂x}_j}\frac{\∂\mathrm{\ω}}{{\∂x}_j}+{\mathrm{\α}}_3\frac{\mathrm{\ω}}{k}{P}_k-{\mathrm{\β}}_3\mathrm{\ρ}{\mathrm{\ω}}^2+P_{\mathrm{\ωb}}\end{array}---\left(2\right)$

式中k、ω、μ_t、μ分别为紊流动能、紊流比耗散率、紊流粘度和动力粘度，U_j为j方向的流体速度，σ_k3、β＇、σ_ω2、α₃、β₃为模型混合常数，取值与F₁有关，P_k、P_kb、P_ωb为中间变量，表示由粘性力产生的紊流动能和浮力对ε、ω方程的影响。

步骤308，调整求解过程中欠松弛因子的大小。

步骤309，初始化流场。

步骤310，对SSTκ-ω方程进行求解，并采用有限体积法数学模型得到模拟温度场。

具体的，步骤310具体包括：首先要将计算域离散化，所谓计算域离散化是指将空间上连续的计算区域划分成多个子区域，确定每个区域的节点，然后将偏微分格式的控制方程在网格上离散转化为各个节点的代数方程组，通过迭代求解获得计算域内每个节点上物理量的变化。

通过迭代计算网格点上物理量的值，随着时间不断变化的情况，在同一时刻，各网格节点上的物理量是特定值，但是不一样的。依据相邻节点处物理量值，计算下一节点处物理量值，并不是节点彼此之间等值交换，而是按照偏微分方程积分运算，不可能会是相同结果。

在步骤310之后，用户可以对本发明实施例提供的温度模拟方法模拟得到的温度场进行查询，具体的，可以包括如图5所示的各个步骤：

步骤501，用户输入所要查询的位置。

具体的，可以通过如下两种方式：

第一种方式：针对不同的点，可以用键盘输入个点位置的坐标，第二种方式：以触摸屏的方式，点击确定坐标位置。

步骤502，系统接受用户输入的位置，并查询在温度场中该位置对应的温度值。

步骤503，系统显示查询到的温度值。

本发明实施例中，能够根据用户输入的位置信息向用户返回相应位置的温度信息，便于用户查询。

基于相同的构思，本发明实施例还提供了一种温度场模拟系统，如图6所示，包括：

模型建立模块601，用于建立车厢的3D模型；

第一获取模块602，用于获取所述3D模型的边界条件；

调用模块603，用于将获取到的边界条件导入到SSTκ-ω方程中；

模拟模块604，用于采用有限体积法数学模型，模拟车厢内的温度场。

优选的，第一获取模块602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。

优选的，第一获取模块602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、湍流长度尺度l、湍动能κ和紊流比耗散率ω：

l＝0.07L；

其中ρ为空气密度，μ为空气动力粘度，C=0.09。

优选的，该模拟系统还包括：类型选择模块605，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。

优选的，该模拟系统还包括：第二获取模块606，用于获取所述3D模型的材料特性。

优选的，第二获取模块606具体用于获取货物区的呼吸热、热导率、新建材料密度。

优选的，第二获取模块606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：

$Q={\mathrm{\ρ}}_g\frac{[0.8039(T-273.15)+14.303]}{1000},T>276.15;$

$Q={\mathrm{\ρ}}_g\frac{[-0.8196(T-273.15)+20]}{1000},273.15\≤T\≤276.15;$

热导率子模块，用于通过如下公式获取货物区热导率λe：

${\mathrm{\λ}}_e={\mathrm{\λ}}_g\left[\frac{{\mathrm{\λ}}_s+{2\mathrm{\λ}}_g-2(1-\mathrm{\ξ})({\mathrm{\λ}}_g-{\mathrm{\λ}}_s)}{{\mathrm{\λ}}_s+{2\mathrm{\λ}}_g+(1-\mathrm{\ξ})({\mathrm{\λ}}_g-{\mathrm{\λ}}_s)}\right]$

其中：λg为气体热导率；λs为固体热导率；ξ为多孔介质的孔隙率，取0.3；ρg为多孔介质密度；T为多孔介质温度。

优选的，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： $S_i=-(\underset{j=1}{\overset{3}{\mathrm{\Σ}}}{D}_{\mathrm{ij}}\mathrm{\μ}{v}_j+\underset{j=1}{\overset{3}{\mathrm{\Σ}}}{C}_{\mathrm{ij}}\frac{1}{2}\mathrm{\ρ}|v_j\left|v_j\right);$

其中，S_i为i向的动量源项；D和C分别是黏性阻力系数和惯性阻力系数；μ是流体黏度；ρ是流体密度；v_j为j向流速。

优选的，所述SSTκ-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。

优选的，该模拟系统还包括：

优化模块607，调整求解过程中欠松弛因子的大小。

优选的，该模拟系统还包括：

人机交互模块608，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609，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。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (22)

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 κ-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l、湍动能κ和紊流比耗散率ω：l＝0.07L；

其中ρ为空气密度，μ为空气动力粘度，C=0.09。

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：

$Q={\mathrm{\ρ}}_g\frac{[0.8039(T-273.15)+14.303]}{1000},T>276.15;$

$Q={\mathrm{\ρ}}_g\frac{[-0.8196(T-273.15)+20]}{1000},273.15\≤T\≤276.15;$

所述获取货物区的热导率，具体包括：通过如下公式获取货物区热导率λe：

${\mathrm{\λ}}_e={\mathrm{\λ}}_g\left[\frac{{\mathrm{\λ}}_s+{2\mathrm{\λ}}_g-2(1-\mathrm{\ξ})({\mathrm{\λ}}_g-{\mathrm{\λ}}_s)}{{\mathrm{\λ}}_s+{2\mathrm{\λ}}_g+(1-\mathrm{\ξ})({\mathrm{\λ}}_g-{\mathrm{\λ}}_s)}\right]$

其中：λg为气体热导率；λs为固体热导率；ξ为多孔介质的孔隙率，取0.3；ρg为多孔介质密度；T为多孔介质温度。

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：

$S_i=-(\underset{j=1}{\overset{3}{\mathrm{\Σ}}}{D}_{\mathrm{ij}}\mathrm{\μ}{v}_j+\underset{j=1}{\overset{3}{\mathrm{\Σ}}}{C}_{\mathrm{ij}}\frac{1}{2}\mathrm{\ρ}|v_j\left|v_j\right);$

其中，S_i为i向的动量源项；D和C分别是黏性阻力系数和惯性阻力系数；μ是流体黏度；ρ是流体密度；v_j为j向流速。

9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述SSTκ-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。

12.一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SSTκ-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、湍流长度尺度l、湍动能κ和紊流比耗散率ω： $\mathrm{Re}=\frac{\mathrm{v\ρL}}{\mathrm{\μ}};$ l＝0.07L； $\mathrm{\κ}=\frac{3}{2}{\left(v1\right)}^2;$ $\mathrm{\ω}=\frac{{\mathrm{\κ}}^{\frac{1}{2}}}{C^{\frac{1}{4}}1};$ 其中ρ为空气密度，μ为空气动力粘度，C=0.09。

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：

$Q={\mathrm{\ρ}}_g\frac{[0.8039(T-273.15)+14.303]}{1000},T>276.15;$

$Q={\mathrm{\ρ}}_g\frac{[-0.8196(T-273.15)+20]}{1000},273.15\≤T\≤276.15;$

热导率子模块，用于通过如下公式获取货物区热导率λe：

${\mathrm{\λ}}_e={\mathrm{\λ}}_g\left[\frac{{\mathrm{\λ}}_s+{2\mathrm{\λ}}_g-2(1-\mathrm{\ξ})({\mathrm{\λ}}_g-{\mathrm{\λ}}_s)}{{\mathrm{\λ}}_s+{2\mathrm{\λ}}_g+(1-\mathrm{\ξ})({\mathrm{\λ}}_g-{\mathrm{\λ}}_s)}\right]$

其中：λg为气体热导率；λs为固体热导率；ξ为多孔介质的孔隙率，取0.3；ρg为多孔介质密度；T为多孔介质温度。

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：

$S_i=-(\underset{j=1}{\overset{3}{\mathrm{\Σ}}}{D}_{\mathrm{ij}}\mathrm{\μ}{v}_j+\underset{j=1}{\overset{3}{\mathrm{\Σ}}}{C}_{\mathrm{ij}}\frac{1}{2}\mathrm{\ρ}|v_j\left|v_j\right);$

其中，S_i为i向的动量源项；D和C分别是黏性阻力系数和惯性阻力系数；μ是流体黏度；ρ是流体密度；v_j为j向流速。

20.如权利要求12所述的模拟系统，其特征在于，所述SSTκ-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。

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