满载冷藏集装箱内水果冷却性能分析：CFD建模与验证及其对冷链优化的意义

本研究通过计算流体动力学（CFD）建模与实验验证，系统分析了满载冷藏集装箱（RC）内柑橘类水果的冷却性能与气流分布特征。研究揭示了集装箱内存在四个典型气流区域（湍流再循环区、高速稳定区、流速衰减区及近门异质区），识别出可能导致冷害风险的过冷区域，并提出基于空气温度监测果肉温度的优化传感器布点策略，为提升冷链运输效率、减少水果损耗提供关键理论依据。

　　

Section snippets（章节摘要）

Model geometry（模型几何结构）

本研究采用符合ISO标准的高立方型冷藏集装箱（外部高度2.90 m），其马士基机组长度为12.19米（40英尺），尺寸参数见表1。该集装箱规格代表了当前南非柑橘出口中最常用的运输设备类型。

Refrigeration unit axial performance curve（制冷机组轴向性能曲线）

图7展示了轴向风机性能曲线的实验表征结果及对应函数关系。通过ANSYS CFX表达式语言将该函数作为动量源项动态集成到模型中，使模型能够实时响应集装箱内货堆的装载状态变化。

Model validation: Airflow（模型验证：气流分布）

通过将三维冷藏集装箱模拟数据与全尺寸商业装载集装箱的实际气流数据进行对比（图8），发现模型在货堆内部风速（0.03–0.16 m·s^-1）和整体气流模式方面均表现出高度一致性，验证了模型在复杂流动环境中的可靠性。

Future outlooks（未来展望）

本研究虽为冷藏集装箱建模及环境温度装载生鲜产品的冷却过程提供了新见解，仍存在若干待解决的关键科学问题。后续需通过更高分辨率的温度监测实验和更大样本量的重复验证，迭代优化当前CFD模型的预测精度与表征边界。特别需要关注多物理场耦合效应及不同果蔬品种的差异化响应机制。

Conclusions（研究结论）

本研究开发并验证了集成动态制冷机组的冷藏集装箱内部气流与传热特性CFD模型。模拟与实测数据共同表明：满载集装箱内气流以垂直主导模式流动，其分布受集装箱内部几何结构与包装通风特性（货堆气流阻力属性）的共同调控。通过精细化分析气流分布模式与温度演变规律，成功识别出可能导致冷害风险的过冷区域，并为商业运输中的温度监测策略优化提供了理论支撑。

CRediT authorship contribution statement（作者贡献声明）

Tarl M. Berry：研究设计、资金获取、数据 curation、 Formal分析、方法构建、项目管理、研究监督、可视化、文稿撰写与修订；Nurayn A. Tiamiyu： Formal分析、验证、可视化、初稿撰写；Jacques van Zyl： Formal分析、方法构建、验证、可视化、初稿撰写；Umezuruike L. Opara：文稿修订与研究监督；Paul Cronjé：实验资源支持与数据解读；Alemayehu Ambaw：CFD建模指导与结果验证；Vaughan Hattingh：实验设计与技术协调；Corné Coetzee：数据处理与统计分析；Thijs Defraeye：概念框架构建、方法论指导与成果整合。

Science4Impact statement（科学影响力声明）

本研究针对冷藏集装箱运输生鲜产品过程中的温度异质性与冷害风险难题，首次开发并验证了柑橘装载型冷藏集装箱的气流-传热耦合CFD模型。研究不仅精准识别了关键气流与温度分布区域，提出了优化监测位点布设方案，更创新性地建立了通过空气温度数据推演果肉温度的方法体系。这些突破性成果为降低冷链运输损耗、提升果蔬品质提供了可落地的技术解决方案。

Data availability（数据可用性声明）

相关数据集可向通讯作者（T.M. Berry）提出合理请求获取，限于非商业科研用途。

Declaration of competing interest（利益冲突声明）

作者声明不存在任何可能影响本研究结果的财务利益冲突或个人关系。

Acknowledgements（致谢）

感谢柑橘研究国际组织（Citrus Research International）的经费支持，斯坦陵布什大学高性能计算中心（HPC1）提供算力资源，南非科学技术部与国家研究基金会通过研究主席计划给予资助。特别感谢Sundays River柑橘公司在实验过程中提供的关键技术协助。