（光学工程专业论文）环境可控鲜活水产品运输车关键技术研究.pdf

i i ii rt ii iiu li i ii ii il y 2 2 5 7 8 3 6 摘要 鲜活水产品储运，是一个相当繁杂的过程，其关键问题是如何保证运输过程中水产品 的成活率。影响鲜活水产品成活率的因素是多方面的，包括运输装置本身的结构特征、环 境体的水质、溶氧量、温度及水产品的品质等。针对这种情况，本文设计开发一款环境可 控的鲜活水产品运输车，对其关键技术进行分析研究，旨在提高水产品运输成活率，促进 经济效益与社会效益的双丰收。 本文在分析研究鲜活水产品运输特点的基础上，对运输装置结构进行优化设计，着重 进行了保证水产品成活率关键参数水体质量的控制研究，对水体温度控制装置及水体 循环制冷系统进行深入研究与设计开发，形成一套环境可控，性能良好的水体质量控制系 统。 水体制冷系统与空调制冷系统的不同点在于热交换工质，本文在流体热交换数学模型 的基础上，创新性的构建了管螺旋状“液一液 热交换装置的物理模型，对换热器进行了 结构设计，利用s o l i d w o r k sf l o ws i m u l a t i o n 软件对热交换器进行了流体换热过程的仿真 分析，通过对各种初始条件及边界条件的确定，模拟了流体运动过程中的换热过程，利用 设计开发的热交换器对循环水体进行制冷过程分析。 研究表明，循环水体的流量为影响制冷效果的主要因素。通过改变仿真初始条件，比 较了在不同的循环水流量下，换热器出水口的流体温度变化。仿真结果表明，循环水流量 越大，热交换器出水口温度越高，制冷效果越差，反之亦然。因此，控制热交换器出水口 温度可通过控制热交换器循环水流量来实现。 在软件模拟仿真基础上，进行了鲜活水产品运输车样机试制与水体质量控制试验。利 用控制器和变频器改变水泵的转速，以此来控制循环水的流量大小，实验测得在不同的流 量下，换热器出水口温度随时间的变化。 通过试验，确定了所设计的热交换器在实际应用中的可行性，表明换热器的设计方法 正确，模型可靠。 关键词：水产品运输；成活率；制冷装置；水体循环；换热器 h a bs t r a c t 啊1 es t o r a g ea n dt r a n s p o r t a t i o no ff r e s hs e a f o o di saf a i r l yc o m p l e xp r o c e s s n ek e y p r o b l e m si nt h ep r o c e s so ft r a n s p o r t a t i o ni sh o w t oe n s u r et h es u r v i v a lr a t e so fa q u a t i cp r o d u c t s ， t h es u r v i v a lr a t ea f f e c t sd i r e c t l yt h ee c o n o m i cb e n e f i t s ，n 圮i n f l u e n c ef a c t o r so ff r e s hs e a f o o d s u r v i v a lr a t ea l ev a r i o u s ，i n c l u d i n gs t r u c t u r eo ft h et r a n s p o r td e v i c ei t s e l f , w a t e rq u a l i t y , o x y g e n , t e m p e r a t u r eo ft h ee n v i r o n m e n ta n da q u a t i cp r o d u c tq u a l i t y , e t e i nt h i sk i n do fs i t u a t i o n , w e d e s i g n e da n dd e v e l o p e dae n v i r o n m e n tc o n t r o l l a b l ef r e s hs e a f o o dt r u c k , s t u d i e da n da n a l y z e di t s k e yt e c h n o l o g yt oi m p r o v et h ea q u a t i cp r o d u c tt r a n s p o r t a t i o ns u r v i v a lr a t ef o rp r o m o t i n gt h e d o u b l eh a r v e s to fe c o n o m i cb e n e f i ta n ds o c i a lb e n e f i t b a s e do nt h ea n a l y s i sa n dr e s e a r c ho ft h ec h a r a c t e r i s t i c so ff r e s ha q u a t i cp r o d u c t s t r a n s p o r m t i o r t , o p t i m a ld e s i g n e dt h es t r u c t u r eo ft r a n s p o r t a t i o nd e v i c e ，f o c u s i n go nr e s e a r c ho f c r u c i a lt e c h n o l o g yp a r a m e t e r st h a te n s u r et h es u r v i v a lr a t eo fa q u a t i cp r o d u c t s w a t e rq u a l i t y c o n t r o lr e s e a r c h , f u r t h e rr e s e a l c kd e s i g n e da n dd e v e l o p e do nw a t e rt e m p e r a t u r ec o n t r o ls y s t e m a n dc i r c u l a t i n gw a t e rr e f r i g e r a t i o ns y s t e m , f o r m a t e dac o n t r o l l a b l ee n v i r o n m e n ta n daw a t e r q u a l i t yc o n t r o ls y s t e mo fg o o dp e r f o r m a n c e 1 1 1 ed i f f e r e n c eb e t w e e nw a t e rc o o l i n gs y s t e ma n da i re o n d i t i o ns y s t e mi st h eh e a tt r a n s f e r m e d i u m i nt h i sp a p e r , b a s e do nm a t h e m a t i c a lm o d e lo ff l u i dh e a 瞳t r a n s f e r , w ei n n o v a t i o n a l c o n s t r u c t e dt h et u b es p i r a l ”l i q u i d - l i q u i d ”p h y s i c a lm o d e lo fh e a tt r a n s f e rd e v i c e ，d e s i g n e dt h e s t r u c t u r eo ft h eh e a te x c h a n g e r , b e s i d e sa n a l y z e df l u i dh e a tt r a n s f e ro ft h eh e a te x c h a n g e rb y s o l i d w 6 r k sf l o ws i m u i a t i o n i nt h ep r o c e s so fh e a ta n a l y s i s t h r o u g hd e t e r m i n e dv a r i o u si n i t i a l c o n d i t i o na n db o u n d a r yc o n d i t i o n s ，w es i m u l a t e dt h ep r o c e s so ft h eh e a tt r a n s f e ri nf l u i dm o t i o n p r o c e s s ，e n s u r e dt h ef e a s i b i l i t yo fc o o l i n gt h er e c y c l i n gw a t e r 埘廿ls e l f - d e v e l o p e dh e a t e x c h a n g e r 1 1 赡r e s e a r c hs h o w e dt h a tt h em a i nf a c t o ro fi n f l u e n c er e f r i g e m t i o ne t f e e ti st h ef l o wo f w a t e rc y c l e b yc h a n g i n gt h es i m u l a t i o ni n i t i a lc o n d i t i o n s ，w ec o m p a r e dt h ef l u i dt e m p e r a t u r e c h a n g eo fh e a te x c h a n g e ro u t l e ti nt h ed i f f e r e n tc i r c u l a f i o nf l o wr a t e 1 1 1 es i m u l a t i o nr e s u l t s s h o wt h a t , t h eg r e a t e rf l o wo fw a t e rc i r c u l a t i o n , t h eh i g h e rt e m p e r a t u r eo fh e a te x c h a n g e ro u t l e t ， t h em o r ep o o rr e f r i g e r a t i o ne f f e c t , a n dv i c ev e r s a t h e r e f o r e ，t h eo u t l e tt e m p e r a t u r eo fh e a t e x c h a n g e rc a nb ec o n t r o l l e db yc h a n g i n gt h ef l o wo fw a t e r c i r c u l a t i o n i na d d i t i o nt ou s e dt h es o t 乇w a l es i m u l a t i o n , h a dw a t e rr e f r i g e r a t i o nt e s ti na q u a t i cp r o d u c t s t r u c kp r o t o t y p e u s et h ec o n t r o l l e ra n di n v e r t e rt oc o n t r o lt h es p e e do ft h ep u m p ，t oc o n t r o lt h e s i z eo fe i r c u l a t i n gw a t e rf l o w 1 f 1 1 ee x p e r i m e n tt e s t e dt h a ti nd i f f e r e n tf l o wt h et e m p e r a t u r e c h a n g e so fh e a te x c h a n g e ro u t l e t t h r o u g ht h ee x p e r i m e n t , w ec o n f i r m e dt h ef e a s i b i l i t yo fs e l f - d e v e l o p e dh e a te x c h a n g e ri n t h ea c t u a la p p l i c a t i o n , i ts h o w e dt h a tt h ec o l t e e t n e s so fh e a te x c h a n g e rd e s i g nm e t h o da n d r e l i a b i l i t yo f m o d e l k e yw o r d s ：a q u a t i cp r o d u c tt r a n s p o r t a t i o n ；s u r v i v a lr a t e ；c o o l i n gd e v i c e ；w a t e rc i r c u l a t i o n ； h e a te x c h a n g e r i i i 目录 摘要i a b s t r a c t i i 第一章绪论1 1 1 引言1 1 2 水产品运输关键技术2 1 3 国内外发展研究现状3 1 4 课题研究的意义6 1 5 本文研究的主要内容6 第二章水产品运输车总体设计8 2 1 箱体设计8 2 2 曝气增氧装置的设计1 0 2 3 水温控制系统的设计。1l 2 4 水体循环净化系统1 1 2 5 车型选用1 2 2 6 本章小结13 第三章水体制冷系统设计1 4 3 1 制冷技术概述1 4 3 2 制冷系统的组成及工作原理1 4 3 3 水体制冷系统设计16 3 4 热量的估算1 7 3 4 1 基本条件17 3 4 2 热负荷的估算18 烈 3 5 制冷剂质量的计算1 8 3 6 机械制冷系统设计1 9 3 6 1 冷凝器的设计计算1 9 3 6 2 压缩机的设计计算2 1 3 6 3 水泵的选型2 2 3 7 本章小结2 3 第四章换热器传热过程分析2 5 4 1 换热器的分类2 5 4 2 间壁式换热器的种类2 6 4 3 传热计算基本方程3 0 4 4 换热器的传热过程31 4 4 1 单层圆管管壁传热量计算3 1 4 4 2 单层圆管管壁传热系数3 3 4 5 换热器传热计算3 5 4 6 本章小结37 第五章换热器结构设计与仿真分析3 8 5 1 换热器结构设计3 8 5 2 换热仿真分析3 9 5 2 1s o l i d w o r k sf l o ws i m u l a t i o n 介绍3 9 5 2 2 建立模型及设定初始条件4 1 5 2 3 设定边界条件4 2 5 2 4 流体区域网格划分4 4 v 5 2 5 设定求解目标4 6 5 3 在f l o ws i m u l a t i o n 模块中运行分析4 7 5 4 求解结果4 7 5 5 本章小结51 第六章换热效能试验与结果分析5 2 6 1 试验设备介绍5 2 6 2 试验内容与结果分析5 3 6 3 本章小结5 5 第七章结论与展望5 7 7 1 结论5 7 7 2 展望5 7 参考文献5 9 致谢：6 3 攻读学位期间发表的论文6 4 扬州大学学位论文原创性声明和版权使用授权书6 5 宗慎强：环境可控鲜活水产品运输车关键技术研究 第一章绪论 1 1 引言 目前，国内对水产品市场上的活鱼、活虾、活贝的商品需求量日益增高。据有关资料 报道，中国平均每人每年消费水产品约4 0 k g ，而活鲜的数量占9 0 左右。目前国内市场上 鲜活鱼虾贝的需求量呈上升趋势，各大饭馆、酒店都设有水族箱，顾客可任意挑选，活杀 活烹，富有异种蛋白营养和鲜嫩口感，食客们对此大都赞不绝口，同时商业经营的经济效 益也得到了很大的提高。国内鲜活水产品消费市场日渐炙手可热，水产品运输技术的深入 研究已迫在眉睫。我国幅员辽阔，南北经度跨度较大，各地特色水产品迥然不同，实现口 味的互换是众多民众的愿望。尤其是距离海岸线较远的内地，消费者难得吃到鲜活水产品。 要解决鲜活水产品长时间远路程运输的难题，必须找出运输过程中的关键技术。运输过程 中水产品的成活率和很多因素有关：运输品种的体质；水中溶氧量、温度、清澈度以及运 输中可能发生的各种意外等。简单地说，水产品在远距离运输过程中，正常存活的必要条 件是：适宜的水温、良好的水质和足够的溶氧，三者缺一不可。2 0 世纪9 0 年代初，日本 水产品运输机械的发展十分迅速，在研究长时间运载比目鱼、象拔蚌等海珍品的技术上， 存活率平均达到9 0 以上。我国在2 0 世纪7 0 年代就对淡水活鱼运输技术进行了研究，并 且取得了一定的成果。但是，市场调研表明，目前国内市场上用于水产品运输的车辆装备 简单，鲜活水产品存活率低，运输距离短，普遍存在供氧条件差、无温度控制和无水质改 善装置等问题。 鲜活水产品的运输，如活鱼运输，旨在运鱼，不在运水，在运输过程中如何多运鱼、 少运水、少死鱼甚至在运输途中不换水，这是设计活鱼运输装置的基本宗旨。在运输途中 由于运输水体空间狭小，活鱼的运输生存环境与原来的水环境发生了显著变化。因此必须 采取相应的设施和技术，保证运输途中能够有最大限度的存活率。一般情况下，每千克鱼、 虾每小时耗氧约2 0 0 - - 2 5 0 m g 。为保证鱼、虾的正常生命活动，载鱼仓内水体中的溶氧量 应保持5 1 0 m g l ，因此须配置较为可靠的供氧系统。另据资料介绍，每种水产动物都有 其适宜的生存水温范围，超过或低于该水温范围，都可能会导致死亡。在生存水温范围内， 水产品的新陈代谢强度及耗氧率随水温的降低而减弱，因此需采用制冷装置起到水体降温 的要求。控制水温的目的一是避免夏季高温引起鱼、虾突发死亡；二是降低水温可减少鱼、 虾在运输过程中的活动量，减弱新陈代谢，以及减少鱼、虾之间相互碰撞、撕咬所造成的 鱼体损伤，保证水产品活体的质量。在运输过程中，由于水产品体内的分泌物和排泄物不 断排出，水体悬浊物不断增多，若不及时处理，粘液、剥离组织碎片、有机物等悬浊物将 2 扬州大学硕士学位论文 会附着于鱼体鳃孔，影响气体交换的有效面积，从而造成摄氧困难，且易造成微生物的大 量生长，减少水中的氧气含量。因此，去除水中悬浊物最有效的方法是在循环水路中增设 过滤装置。鱼水比、运输时间和存活率是活鱼长时间远距离运输的三项主要技术指标，三 者之间应该相互兼顾，不应片面追求起其中某一项指标。在一定的保活运输过程中内，鱼 水比例越高，存活率越低，运输密度越高，运输存活率也越低。提高运输密度，有利于节 约运输成本，提高经济效益，但鲜活水产品必须有一定的活动空间与良好的生存环境才能 维持生命。所以，运输的密度不能过高，应根据运输路途远近、品种体质、设备配置等实 际情况而定。根据本方案采取的技术措施( 增氧、制冷、过滤、杀菌) 和前期试验的结果 表明，在保证运输存活率9 5 、运输时间6 0 1 1 以上的前提下，鱼水比例( 质量) 选定为1 ：6 以上是适宜的，即能容纳1 0t 水体的活鱼仓应能运载近1 5 t 的活鱼，对降低运输成本，提 高经济效益是可行的口删。 1 2 水产品运输关键技术删 影响鲜活水产品运输成活率的因素是多方面的，总结起来主要有两类关键因素：水产 品本身品质和运输环境，两者互相联系、互相影响。 ( 1 ) 水产品种类及状况 水产品分属于不同的生物种类，有不同的呼吸方式，如有鳃呼吸和肺呼吸。即使是同 一类，也有不同的品种和生活环境，有苗种、幼体和成体之分。这些水产品在运输时都需 要根据具体的生理特征和环境要求来分别考虑。 鱼的种类不同，生活习性也不相同，例如鲢鱼性情急燥，受惊即产生跳跃并激烈挣扎， 因此在运输的过程中就容易受伤，性情温顺的鱼类，如鲤鱼等，受惊不跳跃，运输时就不 易受伤。运输过程中鱼体的挣扎跳跃，再加上汽车颠簸，鱼类大量消耗体力且较容易受伤。 同种鱼类，由于其大小不同，耗氧率也有所差异，个体越小，单位体重的耗氧率越大。 ( 2 ) 运输环境 水体溶氧量 空气中的氧气含量约为水中氧气含量的3 0 倍，扩散速度约是水中氧气的3 0 万倍，所 以空气中的氧气浓度是足够的，关键在于水产品活体利用空气中氧的能力。当采用有水运 输水产品时，由于水中的氧含量浓度较低，此时如何维持水中的氧浓度很重要，通常可以 通过充氧气、射流、添加释氧剂( 过氧化氢等) 等方式来增加水中氧浓度，满足活体呼吸 的需要。如果是采用无水运输，虽然空气中有充足的氧气浓度，但由于鱼类主要是通过鳃 呼吸，其获取空气中氧的能力远低于获取水中的氧，因此无水活运对于鱼类而言存活率还 宗慎强：环境可控鲜活水产品运输车关键技术研究 3 是相对较低。 水温 水温是影响活鱼运输成活率的重要环境因素。每种水产动物都有其可适生存温度范 围。温度越高，水产品新陈代谢速率越快，耗氧量及排泄物都将增加，这对保活运输非常 不利，表1 1 为常规养殖鱼类在不同温度下的耗氧率。一般水温每升高1 0 ，水产品的耗氧 量将增力1 2 - - 3 倍。所以要保持低温运输环境，减少鱼、虾在运输过程中的活动量，降低水 产品新陈代谢强度，减少氨氮和c 0 2 的排放，同时还能抑制水中微生物的生长，一定程度 上保证了水质。由于大多数水产品对温度较敏感，环境的聚变会导致其生病甚至死亡，因 此在运输过程中，应选择梯度降温，降温速度应不大于3 h 。 表1 1 常规养殖鱼类不同水温下的耗氧率 种类体重( 克) 水温( ) 耗氧率( 毫克克小时) 3 0 02 2 00 1 3 8 草鱼 6 2 22 6 4 , - - - 2 6 9o 3 7 2 3 8 92 9 3 3 0 6o 6 0 4 1 3 0 72 7 3 2 8 20 2 1 0 鲢鱼 1 1 8 o2 8 2 2 8 70 2 “ 7 4 o2 6 3 , - - - 2 7 9o 1 9 1 鳙鱼 1 7 2 32 8 2 2 9 00 1 6 1 水质 活体运输过程中由于水产品生命活动的进行，水体中积累了一些排泄废物如二氧化 碳、氨氮、有机物废物等，与水发生反应生成弱酸，降低水体的p h 值。它们对水产品产生 毒害作用，并导致水体中微生物增殖、水体p h 值变化等，这都将降低水产品存活率。通常 活鱼可接受的p h 值范围是6 5 - - - 9 0 。 1 3 国内外发展研究现状 日本水产品运输装备技术的发展开始于上世纪8 0 年代末至9 0 年代初，多以水体过滤和 增氧等手段为主。9 0 年代初，宫崎大学丸山俊朗教授首次将泡沫分离装置应用到活鱼运输 装备中，并进行了相关产品的开发及研究。门上洋一教授成功的在活鱼运输中开发和应用 了碳化棉材料过滤器。泡沫分离装置与碳化棉过滤器在水产品运输装备中的应用，对日本 水产品运输装备技术的发展起到了突破性的作用。 目前，泡沫分离装置已成为水质净化的必要手段，日本的水产品运输行业中已普遍使 用。泡沫分离技术是指运用气、液界面对各微小物质的吸附与浓缩的特点，在向水中不断 充入气泡的同时，将杂质从水中分离、上浮、去除的一种工艺技术。因此，相比使用过滤 4 扬州大学硕士学位论文 器将水中杂质进行过滤的技术，气泡发生器是决定净化性能的重要因素，气泡的微细程度、 气泡量、气泡和杂质的接触频率等决定了泡沫分离装置的水体净化性能。k a 型泡沫分离装 置使用的气泡发生器能产生直径仅为1 0 u m 的气泡，送气量达到7 5 0 m 3 k w h ，紊流器也具 备非常高的搅拌混合力。 由于活鱼运输过程中的高密度生物量和急剧变化的水质，因此要求净化装置具备迅速 和高效的净化处理能力。普通的过滤，只能将一般的固态排泄物去除，但对活鱼运输过程 中最需要去除的( 鱼体) 体表粘液等却根本无能为力，从而导致了运输水箱中水质的恶化。 运输过程中，泡沫量多的原因和鱼体体表粘液的异常分泌有关，如不能尽快去除这些粘液， 则必然会导致水质污染恶化，这也是在运输过程中鱼类成活率受影响的重要原因。 鱼体体表粘液等污浊物质的去除，对保证水体的水质指标是非常必要的，例如溶解氧 的浓度和p h 值的维持、细菌增殖的抑制以及防止c o 。浓度的上升等。日本的t a s 型活鱼运输 系统，由于注重去除污浊物质的能力，除选择高效的泡沫分离装置外，还增加了生物过滤 装置作为辅助，因此具有高效水质净化处理能力以及较高氧含量供给能力的特性，如图1 1 所示。在日本，安装了t a s 系统的活鱼运输车被用来运送各种活的水产品。 图1 - 1t a s 型活鱼运输系统 水产品运输车分为专用车( 车厢改造型，固定式) 和通用车( 活动拼装型) 两种。t a s 型水产品运输车的标准配置如表1 2 所示。鱿鱼类的运输总量约为水体重量的1 0 ，其它水 产品的运输量约占水体重量的1 5 , - - - , 2 0 0 , , 6 ，实际应用显示此种运输状态极佳，几乎没有发 生死亡现象口1 。 使用了泡沫分离装置的水产品运输车能够高密度运输的原因是能将鱼体体表分泌的 宗慎强：环境可控鲜活水产品运输车关键技术研究 5 粘液及鱿鱼墨液等能附着鱼鳃引起呼吸困难的物质迅速去除，具有很高的供氧能力。 表1 - 2t a s 型活鱼运输车配置 序号名称1 1 吨活鱼运输车 4 吨活鱼运输车 1 水槽2 7 m 3 2 槽 1 2 m 3 1 槽 2泡沫分离器、过滤器1 m 3 2 槽 0 6 m 3 1 槽 3空压机 0 4 k w 2 台0 4 k w 1 台 4 循环泵o 4 k w 4 台 0 4 k w 2 台 5制冷机2 2 k w 2 台 2 2 k w 1 台 6发电机1 5 k v a1 0 k v a 7 控制屏主配电器、报警器主配电器、报警器 8 滤料珊瑚沙、陶瓷粒等珊瑚沙、陶瓷粒等 日本三菱重工研制成功一种仿拟自然环境条件的新型活鱼运输装置。根据鱼类的自然 生存环境和活动情况的要求，该装置设计了一个容量约为5 立方米的回流型水槽，并且配 备有能够根据鱼的品种调节水流流速的供氧系统、水温自动控制装置、发生装置及高性能 的海水净化设备，尽可能的使其接近自然环境生活条件，从而解决了长时间、大批量和远 距离运输活鱼的问题。利用这种装置，即使是最难运输的沙丁鱼，其成活率也可达到1 0 0 ， 该装置不仅适合于卡车运输，也适合火车和船舶运输。 我国在上世纪7 0 年代末就试制成功了射流增氧形式的活鱼车，使活鱼装载量较传统的 循环喷水增氧有显著提高。但我国的活鱼运输车只着重于氧气的供给，对水温的控制和水 质的净化没有采取有效的措施，因此没有能够形成具有完善功能的活鱼运输装备系统，经 过市场调研，发现目前我国市场上所使用的活鱼运输车存在环境差，设备不足，泄漏严重 等问题，如图1 2 所示。相比于日本，我国的活鱼运输装备非常简陋，也很落后。 图1 2 国内的水产品运输车 6 扬州大学硕士学位论文 目前，我国水产品行业规模小、经营分散、损耗大。在经营方式和技术因素的影响下， 缺乏可靠的鲜活水产品运输设备和冷藏运输工具，我国的水产品输送方式大多是采用较为 传统的常温运输。据统计，我国的水产品在运输环节上的损失率约为2 5 - 3 0 ，也就是 说在运输过程中大约会消耗掉1 4 的水产品，依照l 的损失率计算，我国每年将损失约4 5 万吨的水产品，经济损失达5 0 多亿元。发达国家的水产品运输损失率小于5 。因此发展水 产品运输对降低水产品价值的损耗意义重大陋1 0 1 。 1 4 课题研究的意义 随着社会的不断发展，人们的生活水平不断提高，对各种鲜活水产品的需求量日益 增加，尤其是远离海岸线的内地，城乡居民很难吃到鲜活水产品。现有的水产品运输装置 不能满足长时间、远距离的运输要求，存活率普遍较低，从而使得经济效益急速降低。采 用空运手段虽然可以保证较高的存活率，但运输成本却大大超出陆地运输所需费用，目前 只适用于经济价值较高的名贵品种，对于市场上较为常见的水产品，运输费用己远超水产 品本身的价值，因此这种运输方式并不能得到推广。 国外已经将鲜活水产品运输车实现产业化，形成了有效的水产品运输系统，能够在低 成本的运输条件下，保证较高的水产品运输成活率，大大提高了运输过程中的经济效益。 而我国还没有能够形成具有完善功能的鲜活水产品运输装置，运输装备非常简陋，也很落 后，最关键的运输成活率难以得到保证。因此研制一套具有温度可控、增氧、杀菌、水质 循环净化、供电等功能的活鱼运输车，提高水产品的运输成活率，具有很好的实用价值。 本课题研究的意义是开拓和发展我国农业环境装备，延长我国水产品、农产品市场供 应期，进一步提高我国人民的生活水平，大幅度提高我国鲜活水产品从养殖运输销售 这一产业链的经济效益，解决水产品难长途运输、成本过高的问题。 1 5 本文研究的主要内容 本文首先对水产品运输车所需的关键技术作了分析，认为目前最需改进并加强的运输 条件是水温的控制，因此设计了一套循环水温度控制系统。针对特殊的使用环境和使用要 求，对所设计的换热器进行理论换热分析，确保热交换器的换热效果，通过建立热交换模 型进行仿真分析，讨论了热交换器中主要参数变化对换热性能产生的影响。所做的主要工 作如下： l 、制冷系统设计。设计循环水温度控制系统，确定具体的水温控制结构方案。 2 、换热器传热理论分析。根据热平衡和热传递方程，确定设计的换热器应具有的条件。 3 、换热器结构设计与仿真分析。设计一种符合使用要求的简单换热器，并利用s o l i d w o r k s 宗慎强：环境可控鲜活水产品运输车关键技术研究 7 f l o ws i m u l a t i o n 软件进行流体热分析，确定换热器理论上达到换热效能的可行性。 4 、试验研究。对样机进行循环水制冷试验，验证换热器换热性能。 蚤扬州大学硕士学位论文 第二章水产品运输车总体设计 鲜活水产品运输车是作为一种运输工具，它的设计涉及水箱箱体、溶氧曝气、水体环 境温度、水质净化、系统辅助动力源、运输车辆等内容，围绕上述设计目标，我们对以下 几个方面的问题进行了考虑。 2 1 箱体设计 箱体在设计过程中主要参照了g b l 8 3 6 , - , ( 集装箱的标记代号、g b 3 2 1 8 5 d 型通用集 装箱的技术条件和试验方法等国家标准，同时也注意到了g b l 4 1 3 货物集装箱外部尺 寸和重量的系列等国家标准。 为了保证水产品运输车前后轴载荷分配的合理性，车箱箱体长度应与原始车型保持一 致，设计值为6 3 0 0 r a m 。箱体宽度基于不超宽、最大限度增加容重比和良好的驾驶员后视 能力的考虑，驾驶室宽度为2 1 4 0 m m ，箱体的宽度设计为2 2 5 0 m m 。箱体高度设计为 1 2 0 0 m m 。水箱箱体布置如图2 1 所示。 图2 - l 水箱箱体布置图 活鱼仓是活鱼运输装置的主体。根据车厢提供的空间位置，将活鱼仓分成两排，每排 又均隔成4 格，以降低运输过程中的水体波动，保证运输安全。中间留有走道，供装卸鱼 及观察之用。鱼仓厢体不宜太高，以操作方便为原则，因此每个鱼仓的长宽高尺寸分别为 1 4 8 m 、0 8 5 m 、1 0 2 m ，有效容积约1 3 m 3 。箱体后部设有储物仓，内置发电机组、增氧泵、 水泵、过滤器等辅助装置，用以改善运输过程中鲜活水产品的生存环境。箱体底部布置有 进、出水管路，在运输过程中进行水体循环过滤和水温控制。 在箱体主体骨架结构的基础上，将箱板分为三层，即使用玻璃钢材料的内蒙皮、外蒙 皮和中间的隔热泡沫夹层。整个箱体结构型式为钢铝合金混合结构。在框架结构设计上， 在保证箱体隔热效果的同时，为达到箱体受斜向外力时不易损伤，外表平滑，便于涂刷标 宗慎强：环境可控鲜活水产品运输车关键技术研究 9 志等目的，采用内柱式焊接结构( 即集装箱侧柱和端柱设在箱壁内部) 。箱体主承载力框架 ( 前端部框架、后端部框架和两侧的侧框架) 均由不锈钢制成，抗拉强度大于4 5 n r a m 2 ，以 满足在最大装载量吊起时，不会引起变形。箱体内外壁面板( 外壁分顶板、底板、二侧板、 二端面板，内壁即内衬板) 全部采用铝合金板。箱项主要由顶板、横梁、上端梁、上侧梁、 压条、撑挡、内衬板隔热材料等组成。顶板厚度为2 m m ，为使顶板保持密封性，在制造时 尽可能采用没有任何接缝的整板。项板与上侧梁回须有硅橡胶密封条，并用不锈钢铆钉加 以固定。箱体底部主要由底梁、下侧梁、底板、撑档、内衬板、隔热材料等组成。侧板和 后端面板、前端面板厚度为1 s t u n l 。箱底内衬板应能承受货物进箱作业时的最大集中载荷， 故除加强箱底梁的强度外，内衬底板的厚度为2 m m 。后端内衬板考虑到货物的冲击，厚度 采用1 5 1 1 1 1 1 1 ，其余均为o 8 m m 。骨架为钢混合结构，在将隔热材料安装到骨架之间后，将 箱体内外壁面板焊接到骨架两侧，便与隔热材料形成了一个坚固的整体。不同材质间的连 接全部用铆钉连接，由于不同部位所受到的承载力不同，分别采用不锈钢铆钉和铝铆钉， 以保证运输箱体的强度和气密性。为了便于箱体内的冲洗和水产品在贮运过程中的必要排 水，在箱体的后部装设了直径5 c m 的排水孔。排水管由进口丁基橡胶制成，能利用箱内温 度变化所引起的气压差达到开启和密闭管口的目的。箱门本体由不锈钢门框、铝合金门板、 门椽条、隔热材料和铝合金内衬板等组成。为防止逸冷，在箱门结合处设置了两道硅橡胶 气密垫。箱顶装有4 只可供吊装、固定使用的吊环。箱底设有供铲车装运及箱体叠放时固 定用的托架。 为了使经过降温的闭式循环水体能够在鱼仓中得到更好的隔热保温效果，隔热保温材 料选用价格低廉、导热系数较低的聚苯乙烯泡沫塑料保温板，如图2 2 所示。它是一种优 质隔热材料，其导热系数约为0 4 k c a l ( m 2 h ) ，抗拉强度2 5 0 0 m p a ，抗压强度2 0 0 0 m p a ， 密度为o 0 5 9 c m 。为防止水体腐蚀和浸透，鱼仓内外壁均采用厚度为o 8 m m 的不锈钢薄板 包覆，中间夹层的保温厚度为4 0 m m 。实际应用表明，隔热保温效果较好，既能够隔绝外 界热源的传入，又能保持鱼仓内的水温恒定。箱板通过分片拼装工艺，最后组合成完整的 箱体。 1 0 扬州大学硕士学位论文 图2 2 聚苯乙烯泡沫塑料保温板 2 2 曝气增氧装置的设计 水中的溶解氧含量有一定的极限，在运输过程中最大的问题是缺氧，一般温水性水产 品要求水中溶解氧含量至少保持在5 m g l 。为此，在运输时要不断供给氧气。供氧主要有 以下措施：运输过程中经常注入新水，且温度要适宜，一般温差要低于5 。c ，不能过高或 过低。另外，运输过程中为随时对水体进行增氧，可携带增氧机，或向水中投入释氧剂如 过氧化氢或硫酸铵，增加水中的溶氧量，或对容器进行适度的上下轻微振荡，通过对容器 振荡产生水波，增大水与空气的接触面积从而增加水中的溶氧量。 水产品运输车的供氧主要采用空气泵和微孔增氧曝气管，微孔增氧曝气管表面为疏 水性材质，气体溢出阻力小，水膜张力大，污水不会倒流进入管内而导致再启动堵管，防 堵性好。曝气点分布比较均匀，整体氧分布平衡度好，单位能耗非常低。微孔增氧曝气管 低噪音无振动( 水生动物最怕振动与低频噪音) ，水底微孔曝气管微型气泡上升过程缓慢， 管壁中微小开孔的曲折通道是空气的微渗道管，速度慢阻力小，孔眼密集，对水产品正常 活动无干扰。益生菌处于悬浮状态不沉底，与腐殖质生化反应彻底。与气石曝气器相比， 曝气管氧接触面积大，气泡表面积要大得多，汽液接触面系数大，气泡上升速度慢，雾化 效果好，溶解增氧效果非常明显。增氧曝气装置如图2 3 所示。 图2 3 增氧曝气装置 宗慎强：环境可控鲜活水产品运输车关键技术研究 2 3 水温控制系统的设计 控制水体温度，有助于增加运输距离以提高活鱼装载量及增加连续运输时间。水温是 影响活鱼运输成活率的重要因素。如果水温过高，水产品会变得活跃，剧烈挣扎、冲撞， 既消耗能量又容易受伤，因此水温越高越对运输不利。降低水温是运输成功的关键因素， 但水温过低，鱼体也容易被冻伤，运输鲤科鱼类最适的水温是5 - - 1 0 。运输过程中水温 不应急剧变化，运输开始装鱼到运输结束放养时温差过大都会对运输成活率带来不利影 响，因此温差最好不大于3 。降低温度可使大多数水产品处于冬眠状态，降低新陈代谢 率和耗氧量，提高运输成活率。降低水温时应避免温度急剧变化，水温变化过快，水产品 不能迅速适应而容易发病。温水性鱼类的运输水温一般为6 1 5 ，温度降低幅度每次不 超过3 h 。 2 4 水体循环净化系统 水体净化系统的实质就是水体的循环过滤，在长时间不换水的情况下，箱体中需要保 持水质的洁净，如果不进行过滤，水体将很快开始变质，产生有害物质影响水产品的生存， 因此水体净化是必不可少的。据资料显示，在鱼水比为l ：1 5 时，每公斤鲤科鱼类在充气 增氧的情况下，- - d , 时代谢产生氨氮量为2 6 m g l ，有机耗氧量1 8 4 m g l 。由于水中氧气 匮缺，硝化过程几乎完全停止，而氨对鱼类有严重危害，3 小时后即半数致死及半死。导 致水产品自我致毒的另一代谢产物是c 0 2 ，大气中通常含量是0 3 5 m g l ，水中c 0 2 的主要 来源是鱼的呼吸及有机物的氧化。每克有机物需消耗1 5 6 9 氧气，并产生1 6 9 9 的c 0 2 。水 中饱和c 0 2 的含量是0 5 1 m g l ，c 0 2 含量增大，p h 值会降低，当超过6 0 m g l 时，对鱼类 会产生麻醉致死作用。为了净化水质，去除水中这些气态毒物及悬浮物，日本应用了加压 循环净水过滤装置的方法来净化水质，过滤材料使用的是黄沙、活性炭及泡沫塑料等。上 海研制的采用射流增氧设备的活鱼运输车，没有设置净水过滤系统，因为射流增氧本身具 有曝气功能，除去水中气态毒物的超饱和部分，如氨氮、亚硝酸盐、二氧化碳，尤其是二 氧化碳，很容易从水中溢出，这比曝气赶掉超饱和的氧要快2 5 倍。射流增氧设备在增氧 的同时，由于曝气的作用，迫使水中的气态毒物不致累积到有碍鱼体正常生存的剂量。当 活鱼运输车的水体受到污染、水质开始恶化时，水面就会产生粘状泡沫，如鲢鳙鱼较草、 鲤、鲫鱼等很容易产生粘液，4 吨活鱼运输车装载5 0 0 公斤鲢鱼便易产生粘膜。粘状泡沫 使水面与空气隔离，影响人们的视线，必须经常排除这些泡沫。 水产品运输车在运输途中不换水，不加水，利用增氧系统( 喷水式、射流式) 及净水过 滤装置，使活鱼箱原水循环，要求每小时至少循环3 6 次。水质循