多温区可折叠冷藏箱的设计及性能数值模拟分析.pdf

第1 4卷第1 4期2023年7 月黑龙江科学HEILONGJIANG SCIENCEVol.14Jul.2023多温区可折叠冷藏箱的设计及性能数值模拟分析王誉霖,牛晶潞,张可欣,李洋（东北林业大学工程技术学院，哈尔滨1 5 0 0 40）摘要：为了使温敏商品在整个运输环节中始终处于恒定低温环境中，针对多温区可折叠冷藏箱的整体结构及性能进行研究，对保温材料、蓄冷剂及其摆放位置进行选择，计算得出箱壁保温层的最小厚度，通过SolidWorks对冷藏箱各组件进行尺寸、外观、形状的设计，建立多温区可折叠冷藏箱3 D模型，设计出冷藏箱的折叠方式及多温区构造形式，运用Fluent进行计算分析模拟冷藏箱的保温性能，运用ANSYSWorkbench进行载荷有限元计算，分析在顶部试验载荷的作用下冷藏箱的位移变化规律及应力分布规律。该设计可解决多批次小批量冷链配送过程中存在的问题，将其应用于冷链终端配送环节，对冷链运输装备的升级优化具有参考价值。关键词：冷藏箱；可折叠；多温区；SolidWorks；数值模拟中图分类号：TB658Design of Foldable Multi-temperature Zone Refrigerator and Performance(College of Engineering and Technology,Northeast Forestry University,Harbin 150040,China)Abstract:In order to realize that the transported goods in a constant low temperature environment in the wholetransportation link,the study analyzes the overall structure and performance of the foldable multi-temperature zonerefrigerator;selects the insulation materials,refrigerant storage and their placement;calculates the minimum thicknessof the box wall insulation layer;designs the size,appearance and shape of each component of the refrigerator withSolidWorks;establishes the 3D model of the foldable multi-temperature zone refrigerator;designs the folding mode andmulti-temperature zone structure of the refrigerator;uses Fluent to calculate and analyzes the insulation of therefrigerator;uses ANSYS Workbench to calculate load finite element;analyzes the displacement change law and stressdistribution law of the refrigerator under the top test load.The designed foldable multi-temperature zone refrigerator cansolve the problems existing in the process of small batch and multi batch cold chain distribution.The application of coldchain terminal distribution has great reference value for the upgrading and reform of cold chain transportation equipment.Key words:Refrigerator;Foldable;multi-temperature zone;SolidWorks;Numerical simulation0引言在全球冷链运量增长的大环境下，食品的品质安全逐渐成为冷链物流环节中消费者关注的重点问题。冷链运输因温度控制不连续等问题会导致温度敏感性产品（如易腐性农产品2】、低温奶、血液等)较易变质，需对这类产品严格地按照标准实施冷链运输。目前，许多企业开始打造温敏产品“最后一公里”多批次小收稿日期：2 0 2 3-0 5-0 1基金项目：黑龙江省自然科学基金项目（LH2021C016）;东北林业大学大学生科研训练项目（KY202132）作者简介：王誉霖（2 0 0 1 一）,女，本科生。研究方向：冷链物流。通讯作者：李洋（1 98 0），女，博士，副教授。研究方向：冷链物流。E-mail:。文献标志码：ANumerical Simulation AnalysisWang Yulin,Niu Jinglu,Zhang Kexin,Li Yang文章编号：1 6 7 4-8 6 46(2 0 2 3)1 4-0 0 0 1-0 9批量的配送模式，故而设计一款能够满足全程低温环境配送要求的蓄冷型冷藏箱十分必要。我国的蓄冷型冷藏箱多数为整箱形式，体积固定不可折叠，且规格不一，存储占用空间大,搬运效率较低，使得成本增加，而传统的蓄冷型冷藏箱已无法满足温敏产品多品类共同配送的需求。设计了一款多温区可折叠冷藏箱，通过改变冷藏箱箱体结构实现可折叠化，有效降低空箱储运成本。对冷藏箱内部构造进行改进，设计含有多个温区的冷藏箱,满足在多个特定温度区间的保温时长需求,通过多温区实现多产品联运，弥补了冷链物流多批次小批量配送模式下不能混装的缺陷。利用计算机数值模拟技术,对冷藏箱的保温能力、载荷进行模拟分析，为优化设计方案提供新思路，对冷藏箱箱体结构研究具有参考价值。1保温层厚度，要在此基础上再乘以安全系数，安全系数下，为确定多温区可折叠冷藏箱设计时最小不结露的1多多温区可折叠冷藏箱的设计方案1.1箱体材料的选择1.1.1外侧材料箱壁采用三明治发泡结构,实际应用中，在三明治保温层中增加真空绝热板，可令保温效果更好3 。蓄冷冷藏箱需要长时间处于低温状态，且不能对温敏产品造成污染，且箱体需牢固并具有较长的使用寿命。综合考虑上述条件，箱体外侧材料应无毒、耐低温、易加工、质量小、耐腐蚀、抗冲击、化学性质稳定且不易变形、低碳环保，经过对比发现，塑料在市场成本、化学稳定性、密闭性等方面具有突出表现，通过对五大通用塑料各方面性能的比较发现4-5 ,ABS 树脂能较好地满足上述需求,具有PS、S A N、BS 等材料的优秀属性，故选用ABS树脂作为箱体外侧材料。1.1.2保温材料导热系数是选择保温材料的标准，在稳态传热情况下，当保温材料两侧温差为1 K时，单位时间内，单位厚度的保温材料在单位面积透过的热量越少导热系数越低,材料的阻热性能就越强6-。研究发现,真空隔热板（VIP)导热系数最低,发泡聚氨酯(EPU)次之,且相差不大。从潘欣艺8 的研究结果可知，VIP冷藏箱与EPU冷藏箱的隔热性能相近，但VIP的材料价格高，且VIP长时间反复使用容易出现真空失效的情况，故采用EPU作为蓄冷冷藏箱的保温材料，但VIP的导热系数最小，将采用VIP作为分隔板主要材料。1.2箱壁厚度计算冷藏箱保温层的厚度越厚隔热效果越好。研究发现，保温层的最小厚度通常以冷藏箱外壁出现结露现象为临界点。多温区可折叠冷藏箱设定使用环境温度为-2 0 2 5，故通过公式可求出保温层的最小厚度(1)ti-to式中,为空气对外侧板的换热系数，一般取10W/MK)。入为冷藏箱使用保温材料的导热系数,取值为0.0 2 3 W/（MK）。t o 为在产品技术规范规定的环境下空气的露点温度，一般露点温度比环境温度低2,取值为2 3。t为环境温度,取值为2 5。t为箱内设计温度，取值为0。为最小保温层厚度。根据上式可求出最小隔热层厚度8。通常情况2取1.2 5 左右,故公式修正为：81.25.t0-t2 ti-to通过计算得到：2=1.25 0.02323-081.25.to -t2Xti-to100.033 m 33 mm所以最小保温层有效厚度不得小于3 3 mm。综上，考虑箱壁由塑料中空板、保温层组成，箱壁厚度定为 40 mm。1.3蓄冷材料及布局1.3.1相变蓄冷材料的选择结合不同的使用温度范围要求，蓄冷剂选取的相变材料要具有合适的相变潜热及相变温度，以确保低温环境的持续性，要无毒、无害、对温敏产品无污染、绿色环保，且符合动力学标准、化学标准及经济标准。在冷链多批次小批量配送模式中，需要成本低廉、性能稳定、污染小、可循环利用、保冷时间长的蓄冷剂，水凝胶蓄冷剂基本符合上述要求，故选择水凝胶蓄冷剂作为相变蓄冷材料。1.3.2蓄冷剂的摆放位置在冷链保冷运输中，蓄冷剂在冷藏箱内的位置会影响温度场的分布及货容量，进而影响温敏产品的保冷时间。在蓄冷冷藏箱中，蓄冷剂的摆放方式主要有侧摆方式（四周摆放）、顶底方式、顶角方式、对角方式、间隔方式（并列摆放）。对于冷藏箱保温时长，不同摆放方式之间存在差异性，会影响温敏产品的品质变化。经过分析1 0-1 2 ,考虑到冷藏箱的空间可利用性、蓄冷板的分布均匀性，选择侧面摆放蓄冷剂。2多多温区可折叠冷藏箱箱体的设计2.1整体结构设计多温区可折叠冷藏箱箱体的设计需满足以下要求：折叠方式简单易操作，方便客户循环使用。可根据运输物品的数量来调节储运空间大小。箱内设计插槽,插槽与可竖插的分隔板配合，实现多温区的功能，最大有效容积量为46 L,最小为3 4L。占用空间较小，箱体的容积应符合使用需求，各尺寸比例合理，稳固性较强。外观尺寸为8 0 0 mm600mm440mm，折叠后尺寸为8 0 0 mm600mm220mm。箱体结构紧凑，外观美观，质量小，使用寿命长。(2)25-23此外，冷藏箱箱体外观应根据客户使用要求及环境来设计，箱体的尺寸大小、多温区的大小及温度范围要考虑实际应用情况。箱体的抗压强度、保温性能应满足实际应用需求。选择的材料应保证箱体成本尽可能低，经济实惠。2.2各部件结构设计2.2.1箱体结构设计多温区可折叠冷藏箱的箱壁分为竖侧板、横侧板、底板、上盖，通过SolidWorks软件分别对各个部分进行设计。底板长边凸起的活动销用于连接横侧板，短边活动销用于连接竖侧板。横侧板两端的卡槽用于与竖侧板衔接,两块横侧板中部的凸起对称形成插槽,用来放置分隔板。下端活动销用于连接底板，上端活动销用于连接上盖。竖侧板侧端有两处凸起，下方凸起用来弥补横侧板立起后在竖直方向上与底板之间的缝隙。上方凸起用于在竖直方向上与横侧板衔接，不向外倾倒。竖侧板顶端凸起用于与上盖衔接，固定竖侧板。上盖分为对称的两块，活动销用于与横侧板进行连接,箱盖上的卡槽与竖侧板顶端的凸起相吻合。将各个部分进行装配，设计完成多温区可折叠冷藏箱的3D模型，如图1 所示。区的尺寸分别为5 2 0 mm190 mm340 mm、5 2 0 m m 260 mm340 mm、5 2 0 m m 1 90 m m 3 40 m m。使用过程中可根据实际需求选择分隔板个数，将冷藏箱变为单温区或双温区,满足功能多样性的要求。多温区通常分为常温区、中温区（7 1 0）、低温区（-3 2)。图2 活动销的3 D模型Fig.2 3D model of movable pin图3 整体3 D效果图Fig.3 Overall 3D rendering图1 多温区可折叠冷藏箱3 D模型Fig.1 3D model of foldable multi-temperature zone refrigerator2.2.2可折叠结构的设计多温区可折叠冷藏箱通过活动销连接各个独立的箱壁板块实现可折叠的功能。活动销在SolidWorks环境下的3 D模型如图2 所示，各个板块连接后的整体3D效果如图3 所示，折叠时，按照各自的方向转动各个板块，直至与对应板块表面贴合。折叠后，冷藏箱的长和宽不发生变化,高度减半，此时所占用的体积为折叠前体积的一半，较整体箱节省5 0%的空间。2.2.3多温区结构设计采用分隔板将冷藏箱的内部空间分为3 个空间，构造三温区的可折叠冷藏箱。分隔板两端的插槽与横侧板的插槽相配合形成隔断，（如图4所示），每个温图4可折叠冷藏箱多温区3 D效果图Fig.43D rendering of multi-temperature zoneof foldable refrigerator2.2.4密封结构的设计多温区可折叠冷藏箱由于折叠机构的存在，箱体有较多缝隙,会增加该冷藏箱漏热率。密封结构的设计可提高冷藏箱的保温性能。采用在冷藏箱箱体外加隔热膜的方法增加箱体密封性。隔热膜由4个侧面与1个底面组成，如图5 所示。3图5 多温区可折叠冷藏箱隔热膜的3 D效果图Fig.53D rendering of the insulation film of thefoldable multi-temperature zone refrigerator隔热膜的内表面材料选用具有高热帖性的PEVA（聚乙烯-醋酸乙烯酯）,其导热系数低,可抗水,韧性强,可降解，可直接接触食品，具有超强耐低温性。外表面材料选用强韧耐磨的6 0 0 D涤纶长丝平纹牛津布（加密）。以上2 种材料的成本低，产业链稳固，可批量生产。采用PEVA与牛津布贴合的方式制成的隔热膜可以更好地满足实际需求。箱体折叠后可以与分隔板共同放在隔热膜中，最图8 侧板与顶盖缝隙密封示意图Fig.8 Schematic diagram of gap seal betweenside plate and top cover3多温区可折叠冷藏箱性能模拟及分析3.1冷藏箱保温能力模拟3.1.1多温区可折叠冷藏箱的数学模型冷藏箱控制方程。冷藏箱传热的基本控制方程由能量守恒定律、质量守恒定律、动量守恒定律组成1 3 。O(3)后形成折叠后的冷藏箱单体,如图6 所示。图6 多温区可折叠冷藏箱折叠单体Fig.6Folding monomer of foldable multi-temperaturezone refrigerator箱体顶盖采用橡胶密封的形式，如图7、图8 所示。在顶盖、顶盖与侧板存在的缝隙中布置密封结构，可有效减缓缝隙热量的流失，提高冷藏箱的保温性能。密封结构材料选取具有良好耐磨性、耐高压的聚氨酯橡胶，使用温度完全满足多温区可折叠冷藏箱的温度条件。图7 顶盖缝隙密封示意图Fig.7 Schematic diagram of rubber seal of top cover gap4质量守恒方程为：a(pu)+a(pu)+(pu)+e=0 xdy式中,、y、z 为空间坐标的3 个方向,p为流体密度,t为单位时间。动量守恒定律分为3 个方向1 4，u方向上的动量方程：a(puu)+a(pw)+(puw)+a(pu)十ay卫+入divU+2nxxdu+pF+zxU方向上的动量方程：a(pu)+a(p)+a(puw)+a(pv)xy入diwU+2nayaydwyzLw方向上的动量方程：a(pwu)+(pwv)+(pww)+a(pw)dytw入diwU+2n+z十dyl式中,pF为方向单位体积上的质量力,pF,为yztatdxdytdyxdy+pF,(5)zau十dx十xLdw/+pFzayduy(4)du(6)方向单位体积上的质量力，pF，为z方向单位体积上的质量力。能量守恒方程为：(puh)+a(puh)+a(pwh)+a(ph)x+div(gradT)+Sh式中,x、y、为空间坐标的3 个方向,p为流体密度，t为单位时间,h为流体比恰，U为二阶对称应力张量，P为作用于单位体积上的面应力，入为流体的导热系数，gradT为传热面法向温度梯度,为耗散函数，S,为流体内部热源。22+(ay)=m2(u w)2+十(ay+(zx(ay气体流动状态模型。多温区可折叠冷藏箱内部流体的流动状态属于非定常流动，采用瞬态流动分析。所模拟的多温区可折叠冷藏箱内部流体属于自然对流换热。将相关参数代人瑞利数的计算公式中,计算出瑞利数为2.7 3 1 0 1,大于1 0 1,由此判断涉及的自然对流属于瑞流。流模型的选择。本研究的流体流动状态属于自然对流的瑞流，且为不可压缩牛顿流体，故选用标准的k-&端流模型。3.1.2冷藏箱模型的构建因冷藏箱传热过程较为复杂，在计算中认为硬质EPU发泡均匀,材料参数一致。参考王建军蓄冷式多温保温箱的模拟研究，给出蓄冷剂物理性能参数1 5 ，实现常温区、中温区、低温区的功能，见表1。表1 蓄冷剂的物理性能Tab.1 Physical properties of refrigerant storage类型潜热值/小gPCM1146.1PCM2256.2表2 为多温区可折叠冷藏箱模型尺寸。为简化研究,蓄冷材料均匀地附着在低温区及中温区的前、后、左、右、下的表面上，计算几何模型及计算区域如图9所示。表2 多温区可折叠冷藏箱模型尺寸Tab.2 Model size of foldable multi-temperature zone refrigerator长(mm)高(mm)外箱尺寸800常温区尺寸190中温区尺寸260低温区尺寸190-pdiwU+dy2+w+z(w+相变温度/7.1-2.5宽（mm)600520520520at导热系数/W(mk)0.28320.9427440340340340(7)+入divU2图9计算几何模型及区域Fig.9 Calculation geometry model and area3.1.3网格划分及初始边界条件设置多温区可折叠冷藏箱的结构模型是方体，为了提高网格质量及计算收敛速度，采用结构网格来划分模型。在Fluent中导人冷藏箱的网格文件,并再次检查网格质量，所划分的冷藏箱体网格与面网格无负数，由此可知划分的网格质量符合计算要求。依据实际实验情况，采用以下初始及边界条件：蓄冷剂的初始温度-2 0，箱体和内部空气腔的初始温度2 5。设定环境温度2 5，对流换热系数取5W/（mK)。假设冷藏箱内部的气体不可压缩，通过布辛尼斯克密度假定对空气膨胀系数进行设置。不考虑热辐射的影响，与冷藏箱对流换热及热传导所吸收的热量相比，冷藏箱箱体吸收的辐射很少。多温区可折叠冷藏箱各项参数值如表3 所示。表3 多温区可折叠冷藏箱材料参数Tab.3 Material parameters of foldable multi-temperature zone refrigerator导热系数材料(Wm-1.K-l)冷藏箱0.026空气0.0233.1.4模拟仿真结果分析冷藏箱不同温度区间温度变化如图1 0 所示。图1 0 为常温区温度曲线,未布置相变材料。但由于中温区的相变材料释冷热传导影响,温度有所下降,温度下降幅度先大后小，后稳定在2 91 K左右，仍低于室温298K。图1 1 为中温区温度曲线,布置相变材料1,经过初期波动后温度稳定在相变温度2 8 0 K左右，中温区有效保冷时长为1 8 h左右。图1 2 为低温区温度曲线,布置相变材料2,经过初期波动后温度稳定在相变温度2 7 3 K左右，低温区有效保冷时长为1 7 h左右。上述结果与徐笑峰设计的两款规格不同的多温区蓄冷冷藏箱比对，可满足实际需求。5密度(kgm)45.01.2比热容(Jkg-1.K-1)250010002.2620-001306.00002.0350-001304.00001.80900011.583e-001302.00001.357e-0011.1310-001Mas-Averaoe300000298:000temperature296.000294.0000292.00000.000100.0000000.000000.0000000.000图1 0 常温区温度曲线Fig.10 Temperature curve of normal temperature zone305.0000300.000295.000290.0000285.000280.000temperature(K)275.000270.000265000260.00000.0000100.00.0000.0000000.00000000.00flow-time(s)图1 1 中温区温度曲线Fig.11 Temperature curve of medium temperature zone300.0007295000290.000Mas-Averaog285.0000280.0000temperature(K)275.00270.000265.000280.00000.00001000000.000000000000000000000flow-time(s)图1 2 低温区温度曲线Fig.12Temperature curve of low temperature zone明显发现中温区、低温区由于保温材料导热系数较小,相变材料显热释放后，箱体内低温区、中温区空气温度迅速下降至相变温度以下。运输过程中要避免出现此类状况，防止因温度不稳定与浮动造成食品药品的冻伤与变质。图1 3 为箱体内部模拟5 h时的速度云图。图中从左至右依次是常温区、中温区及低温区。从图中可以看到,3 个温区顶部空气流动均较强，推测是由于上盖中间有缝隙造成的。常温区由于中温区传递冷量，并未布置蓄冷材料，空气流动分布较均匀，没有涡旋。而中温区及低温区明显存在涡旋，底部空气自然对流十分明显。根据传热学与流体力学分析，涡旋的存在能够增加流体流动的紊乱程度，故当蓄冷材料温度较低时空气的分散程度较高。模型采取自然对流，而底部出现明显空气流速是因为温差导致空气流动。69.047e-0026.7850-0024.5230-0022.2620-0020.000e+000(ms-11flow-time(s)图1 4为箱体内部模拟5 h时的温度云图。图中从左至右依次是常温区、中温区及低温区。常温区温度场分布最为均匀，无明显变化。中温区、低温区温度分布都呈现自下而上逐渐升高的规律，且温区顶部温度最高，推测是由于冷量释放不充分且顶部未布置冷板的缘故。在实际应用中应减少冷藏箱的开门次数，在上部布置蓄冷板并加大蓄冷材料的用量，避免上部的温敏产品因温度不均匀而变质。Temporature2.9980+0022.0700+0022.0410+0022.912e+0022.8840+0022.855e+0022.826e+0022.797e+0022.769e+0022.740e+0022.711e+002(KI保温材料的温度云图如图1 5 所示。从左至右依次为常温区、中温区及低温区。可以明显看到保温材料与隔板的温度变化。最左侧常温区箱壁由于无蓄冷材料,温度与室温保持一致。中温区、低温区的箱壁及分隔板均出现温度由内向外逐渐升高的规律，可以明显看出存在热传递现象，蓄冷剂的存在可有效吸收热量，维持低温环境。中温区与低温区隔板温度分层现象十分明显，温度分布在2 7 3 K2 0 8 K，说明不同温区间会发生热传递，因此不同温区的分隔板需采用导热系数小的保温材料（如VIP等）。TemperatureContour33.000e+0022.970e+0022.941e+0022.911e+0022.882e+0022.852e+0022.822e+0022.793e+0022.763e+0022.734e+0022.704e+002KIFig.15Temperature cloud of thermal insulation material图1 3 箱体内部速度云图Fig.13Velocity cloud inside the box图1 4箱体内部温度云图Fig.14Temperature cloud inside the box图1 5 保温材料温度云图3.2冷藏箱载荷有限元计算3.2.1木模型建立采用AnsysWorkbench软件对箱体展开强度分析,主要的结构材料参数性能见表41 6-1 7 ，赋予材料属性。建立接触关系，箱体之间的接触可以用绑定接触来分析。采用六面体网格对结构进行划分,采用合理的网格尺寸，得到网格节点为1 8 8 3 7 3，单元数量40 2 8 0的网格模型。表4箱体材料参数性质数据Tab.4 Property data of box material parameters弹性模量泊松比材料名称E/MPaABS塑料2000EPU泡沫材料1753.2.2模拟工况及结果参考运输包装件测试ISTA3A标准，多温区可折叠冷藏箱属于标准箱（如图1 6 所示）。为了方便计算顶部试验载荷，根据标准中顶部试验载荷的确定方法，将冷藏箱横侧板分别设为2 面、4面，施以向下的7 7 0 N载荷。将竖侧板设为5 面、6 面，施以向下的5 5 0 N载711荷。将底板设为3 面,施以向下的1 1 0 0 N载荷。将顶盖设为1 面1 8 ,施以1 1 0 0 N载荷。65角2-3-53密度屈服强度Vg/cm30.391.05-1.180.440.151MPa图1 6 多温区可折叠冷藏箱简化示意图50Fig.16 Simplified diagram of foldable multi-temperature0.976计算结果如下：横侧板。从图1 7 箱体位移分布中可以看出,横侧板最大位移位置均在横侧板的中间部位，最大位移是0.072mm。4面箱体自下至上位移变化逐渐增大，2面向下横侧板位移变化明显有3 处峰值。上述变形在可接受范围内，符合标准要求。TekelCefon1022/1/2711502棱2-3zone refrigerator004893Mi309.305e.06（a）4面向下顶部加载7 7 0 N位移分布Fig.17Displacement distribution of transverse side plate box图1 8 是等效应力分布。可以看出，横侧面应力最大值均出现在横侧板的中心部位，在0.0 3 0 0.034MPa，小于材料的屈服强度，即箱体在横侧面向下顶部加载7 7 0 N工况下不会发生破坏，满足强度要（b）2 面向下顶部加载7 7 0 N位移分布图1 7 横侧板箱体位移分布求。4面横侧板应力变化最大的区域是横侧板的中间区域,出现两个峰值,2 面横侧板与分隔板连接处应力较大，当横侧板顶部受力时，压力传导到分隔板与其的连接位置，导致应力较大。:ZENTONMa（a）4面向下顶部加载7 7 0 N位移分布Fig.18Equivalent stress distribution of transverse side plate（b）2 面向下顶部加载7 7 0 N位移分布图1 8 横侧板等效应力分布7图1 9 是箱体位移分布。可以看出,竖侧板位移由外侧向中心逐渐变大,最大位移位置在竖侧板的中间部位,最大位移是0.1 8 7 mm。6 面竖侧板与顶盖配合处位移明显偏大，这是由于竖侧板受到压力后,压力通过配合处传到顶盖上产生变形。5 面自下至上位移增大,这与5 面全约束、上部是自由状态有关。两面的变形在可接受范围内,符合标准要求。otalDe2028/9071229728Mat图2 0 是等效应力分布。可以看出，应力最大值出现在竖侧板的中心部位，在0.0 5 0 0.0 5 8 MPa,小于材料的屈服强度，即箱体在竖侧板向下顶部加载5 5 0 N工况下不会发生破坏，满足强度要求。可以看出，竖侧板与底板连接处应力较大，当竖侧板顶部受力时，压力传导到底板与竖侧板的连接位置，导致应力较大，在样箱生产过程及实验过程中需关注此区域。MENTSSON0.1671Max0.12479.145528.0042175.0325.00450.2（a）5 面向下顶部加载5 5 0 N位移分布Fig.19 Displacement distribution of vertical side plate boxE2020/3/2712280.051448B0.02573（b）6 面向下顶部加载5 5 0 N位移分布图1 9竖侧板箱体位移分布ENTFSSOR5127Ma02130.00175.40（a）5 面向下顶部加载5 5 0 N位移分布Fig.20Equivalent stress distribution of vertical side plate图2 1 是箱体位移分布。可以看出，最大位移为0.052mm，出现在底板的中部,整体变形量较小。2020/3/27.120646TMa04000523.00（b）6 面向下顶部加载5 5 0 N位移分布图2 0 竖侧板等效应力分布隔板成为顶盖在竖直方向上的约束,阻止顶盖变形,因此出现顶盖位移分布存在峰值的情况，整体位移不影响冷藏箱使用，符合要求。1EN下1 1 0 N2020/3/2.12060.012522Max.02890.021605018060146107B01004700图2 1 1 面向下顶部加载1 1 0 0 N位移分布Fig.211 displacement distribution of 1100 Nloaded toward the bottom and top图2 2 是等效应力分布。可以看出，应力最大值出现在底板的中心部位，在0.0 1 9 0.0 2 1 MPa，小于材料的屈服强度,即箱体在1 面向下顶部加载1 1 0 0 N工况下不会发生破坏，满足强度要求。图2 3 是箱体位移分布。可以看出，最大位移0.174mm，在顶盖的中间部位，当顶盖受到压力时，分8250.00125.08375.00250.0012.20图2 2 1 面向下顶部加载1 1 0 0 N应力分布Fig.221 stress distribution of 1100 Nloaded toward the bottom and top图2 4是等效应力分布。可以看出，顶盖中间部位应力在0.0 8 1 0.9 1 MPa,小于材料的屈服强度,即箱体在3 面向下顶部加载1 1 0 0 N工况下不会发生破坏，满足强度要求。395.03】姜涤清，张冬兰.VIP在冷藏箱上的应用J.集装箱化,2 0 1 1（0 8）：JIEA110ON2.17414MaoMnIEIMT11OONivelet bron-Maed SeesMa图2 43 面向下顶部加载1 1 0 0 N应力分布Fig.243 stress distribution of 1100 Nloaded toward the bottom and top3.2.3结果分析箱体在以上6 种工况下应力最大区域基本都发生在各箱壁的中间部位，且竖侧板与底板、顶盖、横侧板连接处的应力变化较大，在生产过程及实验过程中应重点关注这些区域。表5 是各工况的计算变形量，每个变形量都很小,满足标准要求。根据表5 变形量，尝试分析箱体结构的薄弱点，以期在样箱制造中加以改进。表5 有限元分析最大变形量Tab.5NMaximum deformation of finite element analysis工况4面向下2面向下6面向下5面向下1面向下3面向下各工况下,最大变形量出现的位置均在箱壁的中心部位，竖侧板或顶板在顶部试验载荷情况下，两者的接触位置均发生较大形变。各工况位移分布、应力分布情况表明，分隔板可以有效减缓箱壁形变的发生，但需要注意分隔板与横侧板的接触位置容易发生疲劳破损，因此在生产过程及实验过程中应重点关注这些区域。4结论提出折叠多温区冷藏箱整体设计方案，确定了箱体保温材料、蓄冷剂摆放位置、所用蓄冷剂种类、保温层最小厚度等关键因素，完成了多温区可折叠冷藏箱结构的设计。利用SolidWorks构建装配多温区可折叠冷藏箱3 D模型,运用Fluent对冷藏箱的保温性能进行模拟，运用ANSYSWorkbench对冷藏箱进行6 个工况下的有限元计算，通过观察形变量及应力变化，确定冷藏箱箱体整体结构可以满足工作强度要求。25090375.00图2 3 3 面向下顶部加载1 1 0 0 N位移分布Fig.23 3 displacement distribution of 1100 Nloaded toward the bottom and top顶部试验载荷最大变形量（mm）0.0720.0720.1870.1870.0520.174设计的多温区可折叠冷藏箱可以很好地解决温敏产品多批次小批量配送模式中冷链的断链问题，节约物流成本，满足配送需求，具有较高的使用价值与市场推广前景。参考文献：1方爱华.我国发展冷藏箱运输的瓶颈与对策J.集装箱化,2 0 1 0，21(01):5-7.2洪玉兰，肖其荣.浅谈我国农产品冷链物流存在的问题及发展建议J.物流科技,2 0 1 0,3 3（0 9）：42-44.250.0125.80375.0019 20.【4李神速浅谈五大通用塑料的应用与发展J.现代塑料加工应用,1 9 9 6(0 2):6 0 -6 4.5谭嘉欣，王飞祥,方卉新型无源蓄冷箱的设计J.物流工程与管理,2 0 1 7,3 9(0 7):1 8 3-1 8 6.6 James SJ,Christian 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