31028

تحليل عملكرد كانتينر يخچالي حمل بار در مسير ريلي با بكارگيري مواد تغيرفازدهنده

كارشناسي ارشد

مهندسي راه آهن

1403

1403/04/02

دكتر محمدرضا طلائي

دكتر محمدرضا طلائي

راه آهن

استفاده از مواد تغيير فاز دهنده (PCM) در ديواره‌هاي كانتينرهاي يخچالي به‌عنوان يك روش نوآورانه براي كاهش مصرف انرژي در طول حمل‌ونقل مطرح‌شده است. PCMها باقابليت جذب و آزادسازي انرژي حرارتي در هنگام تغيير فاز، دماي داخلي كانتينر را در محدوده‌اي پايدار نگه مي‌دارند. اين ويژگي منجر به كاهش نوسانات دمايي، كاهش آلايندگي محيط زيست، حفظ دماي مطلوب و افزايش طول عمر مفيد محصولات غذايي مي‌شود. استفاده از PCMها علاوه بر بهبود كارايي حرارتي، مصرف انرژي سيستم‌هاي سرمايشي را كاهش داده و هزينه‌هاي عملياتي را بهينه مي‌كند. همچنين، اين فنّاوري به كاهش ضايعات غذايي و حفظ كيفيت محصولات حساس به دما، مانند ميوه‌ها، سبزيجات، گوشت و محصولات لبني كمك مي‌كند. درنتيجه، بهره‌گيري از PCM در ديواره كانتينرهاي يخچالي يك راهكار مؤثر و پايدار براي ارتقاء حمل‌ونقل محصولات غذايي محسوب مي‌شود. به همين منظور در تحقيق حاضر از سه نوع PCM با نام هاي دودكان، پارافين و يخ در ديواره كانتينر يخچالي ISO20 استفاده‌شده است. در اين تحقيق قطار حامل كانتينر يخچالي تحت شرايط دمايي مختلف از جمله آب و هواي شرجي، سردسير و كويري كه در مسير بندر امام خميني (ره) تا تهران كه با آن مواجه مي شود، و با سه نوع محصول متفاوت، گوشت ماهي منجمد، پرتقال و سيب مورد بررسي قرار گرفت. براي شروع كار از معادلات ترمودينامكي براي كانتينر بدون PCM و با PCM با فرض خاموش بودن سيستم تبريد استفاده و نتايج با يكديگر مقايسه شدند و زمان حفظ دما ايده آل محصولات همراه PCM محاسبه شد. سپس با تغيير سرعت قطار و ثابت نگه داشتن ماده تغيير فاز دهنده تاثير سرعت بر زمان ذوب PCM مورد بررسي قرارگرفت و در مرحله آخر با استفاده از تحليل عددي به كمك نرم افزار آباكوس، تحليل عددي كانتينر مجهز به PCMها با اعمال شرايط محيطي مسير ريلي مذكور با در نظر گرفتن تابش خورشيد، تغييرات دمايي و سرعت قطار ميزان توزيع دما در نقاط مختلف كانتينر در طول سير بدست آمد و با نتايج محاسبات ترموديناميكي مقايسه گرديد. نتايج حاكي از آن است كه در صورت استفاده از PCM محصولات داخل كانتينر يخچالي همانند ماهي منجمد ميتواند بدون نياز به سيستم تبريد تا 2.5 ساعت بعد از حركت را بدون تهديد دمايي طي كند. همچنين اين امر منجر به كاهش تلفات انرژي و مصرف سوخت شده است.

1403/04/18

Analysis of the Performance of Refrigerated Cargo Containers on Rail Routes Using Phase Change Materials

6/22/2025 12:00:00 AM

The use of phase change materials (PCM) in the walls of refrigerated containers has been proposed as an innovative method to reduce energy consumption during transportation. PCMs keep the internal temperature of the container in a stable range by absorbing and releasing thermal energy during phase change. This feature leads to reducing temperature fluctuations, reducing environmental pollution, maintaining optimal temperature and increasing the useful life of food products. In addition to improving thermal efficiency, the use of PCMs reduces the energy consumption of cooling systems and optimizes operating costs. Also, this technology helps to reduce food waste and maintain the quality of temperature-sensitive products, such as fruits, vegetables, meat and dairy products. As a result, the use of PCM in the walls of refrigerated containers is considered an effective and sustainable solution for improving the transportation of food products. For this purpose, three types of PCM named dodecane, paraffin and ice have been used in the wall of ISO20 refrigerated container. In this research, the train carrying the refrigerated container under different temperature conditions, including the climate of Sharjah, Sardsir, and the desert, which is encountered on the way from Imam Khomeini Port (RA) to Tehran, and with three different types of products, frozen fish meat, Oranges and apples were investigated. To start the work, thermodynamic equations were used for the container without PCM and with PCM assuming that the refrigeration system is off, and the results were compared with each other, and the ideal temperature retention time of products with PCM was calculated. Then, by changing the speed of the train and keeping the phase change material constant, the effect of speed on the melting time of PCM was investigated, and in the last step, using numerical analysis with the help of Abaqus software, the numerical analysis of the container equipped with PCMs by applying the environmental conditions of the mentioned railway track Taking into account the sun's radiation, temperature changes and the speed of the train, the amount of temperature distribution in different points of the container during the journey was obtained and compared with the results of thermodynamic calculations. The results indicate that if PCM is used, the products inside the refrigerated container, such as frozen fish, can travel without the need for a refrigeration system for up to 2.5 hours after movement without temperature threat. Also, this has led to the reduction of energy losses and fuel consumption.

مواد تغيير فاز دهنده , مسير ريلي , شبيه سازي ترموديناميكي , كانتينر يخچالي , محصولات فاسد شدني , ناوگان ريلي , عملكرد حرارتي , شبيه سازي عددي

Numerical simulation , Rail fleet , Thermal performance , Refrigerated container , Thermodynamic simulation , Rail route , Phase change material

Alireza Fallah Najafabad

Dr. Mohammadreza Talai