Nghiên cứu xác định nhiệt độ không khí lạnh và nhiệt độ cá thu lạnh đông trong xe tải lạnh vận hành trong điều kiện khí hậu miền Bắc

ISSN 2354-0575
Journal of Science and Technology28 Khoa học & Công nghệ - Số 10/Tháng 6 - 2016
NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH NHIỆT ĐỘ KHÔNG KHÍ LẠNH 
VÀ NHIỆT ĐỘ CÁ THU LẠNH ĐÔNG TRONG XE TẢI LẠNH
VẬN HÀNH TRONG ĐIỀU KIỆN KHÍ HẬU MIỀN BẮC
Trần Văn Bẩy, Nguyễn Mạnh Hùng
Trường Đại học Giao thông Vận tải
Ngày nhận: 11/4/2016
Ngày sửa chữa: 27/5/2016
Ngày xét duyệt: 15/6/2016
Tóm tắt:
Bài báo trình bày các kết quả nghiên cứu xác định nhiệt độ không khí lạnh cũng như nhiệt độ cá thu 
cắt khúc đông lạnh được vận chuyển trong xe tải lạnh trong điều kiện khí hậu miền Bắc.
Từ khóa: xe tải lạnh, cá thu đông lạnh, trường nhiệt độ, không khí lạnh.
1. Đặt vấn đề
Thông thường, các xe tải lạnh được thiết kế 
để có thể vận chuyển được các mặt hàng lạnh cũng 
như mặt hàng đông lạnh. Máy nén lạnh, thùng xe tải 
thường được thiết kế và vận hành ở điều kiện tiêu 
chuẩn. Công suất lạnh của hệ thống lạnh chủ yếu 
nhằm triệt tiêu phụ tải nhiệt do thẩm thấu qua kết 
cấu bao che cũng như ảnh hưởng của bức xạ mặt 
trời, từ đó đảm bảo được nhiệt độ của sản phẩm lạnh 
hoặc sản phẩm đông lạnh.
Tuy nhiên, trong quá trình sử dụng, hệ số 
truyền nhiệt của kết cấu bao che thùng xe tải thường 
thay đổi theo chiều hướng tăng lên. Điều kiện vận 
hành khắc nghiệt cũng làm cho năng suất lạnh của 
hệ thống lạnh giảm xuống, lượng nhiệt thẩm thấu 
qua kết cấu bao che tăng lên. Tổng các dòng nhiệt 
này sẽ làm cho nhiệt độ không khí lạnh trong xe 
cũng như nhiệt độ sản phẩm thay đổi, không đáp 
ứng được yêu cầu kỹ thuật.
Theo tìm hiểu của chúng tôi, hiện nay ở Việt 
nam chưa có tác giả nào nghiên cứu về vấn đề này, 
đặc biệt là trong điều kiện khí hậu miền Bắc. Việc 
xác định được nhiệt độ không khí lạnh trong xe 
cũng như trường nhiệt độ của sản phẩm đông lạnh 
sẽ giúp cho đơn vị vận tải có phương án vận chuyển 
hợp lý, tiết kiệm chi phí vận chuyển, đảm bảo được 
chất lượng sản phẩm.
2. Nội dung
2.1. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu: Nhiệt 
độ không khí lạnh trong thùng xe tải lạnh 3,5 tấn 
(HD72 4x2), trường nhiệt độ miếng cá thu đông 
lạnh cắt khúc.
2.2. Phương pháp nghiên cứu
Phương pháp nghiên cứu được sử dụng ở 
đây là phương pháp nghiên cứu lý thuyết.
2.3. Mô hình vật lý của bài toán
Để xác định được trường nhiệt độ của miếng 
cá thu cắt khúc đông lạnh trong quá trình vận 
chuyển bắt buộc xây dựng mô hình toán học hay nói 
cách khác là xây dựng phương trình vi phân truyền 
nhiệt của bài toán kèm theo các điều kiện đơn trị. 
Nghiệm của bài toán sẽ là những kết quả cần thiết 
cho việc nghiên cứu.
2.3.1. Một số nhận xét khi tiến hành xây dựng 
mô hình
Sau khi được cấp đông, miếng cá thu cắt 
khúc được đưa vào trong túi nilon, hút chân không, 
đặt vào trong thùng carton và được đưa tiếp vào kho 
lạnh bảo quản đông hoặc đưa vào trong thùng xe 
tải lạnh. Chú ý thùng xe tải lạnh này được tạo môi 
trường có nhiệt độ để bảo quản được sản phẩm lạnh 
đông theo yêu cầu.
Trong nghiên cứu này, giả thiết tất cả các 
khúc cá thu có hình dạng và kích thước bằng nhau, 
đó là hình tròn, đường kính 12 cm, bề dày 3 - 3,5 
cm, khối lượng 0,25 kg. 
Khi vận chuyển trên đường, miếng cá thu 
đông lạnh có thể bị “nóng” lên vì các nguyên nhân 
sau: nhiệt xâm nhập từ môi trường ngoài (không 
khí) vào qua kết cấu bao che (thùng xe tải), dòng 
nhiệt này có thể có cả ảnh hưởng của ánh nắng mặt 
trời; năng suất lạnh của máy lạnh không đủ.
Tiến hành phân tích cân bằng nhiệt cho bài 
toán trao đổi nhiệt ở đây, ta nhận thấy các thành 
phần dòng nhiệt: nhiệt thẩm thấu qua kết cấu bao 
che là thùng xe tải lạnh (có kể đến cả bức xạ mặt 
trời) Q
tt
; dòng nhiệt làm tăng nhiệt độ kết cấu bao 
che (panel) Q
t,kc
, tăng nhiệt độ không khí trong xe 
Q
t,kk
, tăng nhiệt độ vật liệu bao che khúc cá (bìa 
carton, nilon) Q
t,bc
; dòng nhiệt lấy ra khỏi hệ thống 
do máy lạnh thực hiện Q
ML
; dòng nhiệt làm tăng 
nhiệt độ các khúc cá Q
tn,ct
.
Phương trình cân bằng nhiệt:
ISSN 2354-0575
Khoa học & Công nghệ - Số 10/Tháng 6 - 2016 Journal of Science and Technology 29
Q
tt
 = Q
t,kc
 + Q
t,kk
 + Q
t,bc
 + Q
ML
 + Q
tn,ct
 (2.1)
 Qtt, W 
QML, W 
Qt,kc, W Qtn,ct, W 
Thùng xe tải lạnh 
Hình 2.1. Cân bằng nhiệt trong thùng xe tải lạnh
2.3.2. Mô hình vật lý
Nếu tính đến các thành phần trao đổi nhiệt 
và cân bằng nhiệt như đã nêu ở mục 2.3.1 thì bài 
toán hết sức phức tạp. Để đơn giản hóa quá trình 
tính toán, cùng với các phân tích ở các mục 2.3.1 ở 
đây đưa ra các giả thiết: bỏ qua sự có mặt của các 
thùng carton; bỏ qua sự có mặt của các lớp nilon; 
miếng cá thu trao đổi nhiệt trực tiếp với không khí 
lạnh trong thùng xe.
Khi đó, mô hình vật lý của bài toán sẽ như 
Hình 2.2.
Lát cá thu 
Không khí 
lạnh 
Hình 2.2. Mô hình vật lý bài toán trao đổi nhiệt của 
lát cá thu
2.3.3. Các giả thiết khi xây dựng mô hình
1. Vật liệu (thịt cá thu) là đồng chất, không có 
phản ứng hóa học và không có nguồn nhiệt bên trong;
2. Các tính chất nhiệt vật lý là hằng số; 
3. Nhiệt độ ban đầu của vật liệu là đồng nhất; 
4. Bỏ qua độ co ngót. 
2.4. Mô hình toán học
Ta có mô hình toán học:
. . t tCp 2
2
d dt x m= _ i (2.2)
Vì cách viết điều kiện biên cho các tọa độ 
trong hệ tọa độ Decarte là như nhau [25] nên với 
các giả thiết đã nêu, điều kiện ban đầu và điều kiện 
biên của PT (2.2) được viết dưới dạng một chiều 
như sau:
t(x, 0) = t
0
 tại x = 0; x
t 0
x 02
2 =
=
 (2.3)
. .t t x
t
KL bm x xbm2
2ma - =-
=
_ i (2.4)
Trong các phương trình trên:
t là khối lượng riêng của vật liệu, kg/m3;
C
p
 là nhiệt dung riêng của vật liệu, J/kg.K;
m là hệ số dẫn nhiệt của vật liệu, W/m.K; 
t là nhiệt độ, oC;
t
0
 là nhiệt độ vật liệu ở thời điểm ban đầu;
x là thời gian, s;
x là tọa độ ứng với trục có gốc là tâm lát 
(khúc) vật liệu;
a là hệ số trao đổi nhiệt đối lưu tại bề mặt 
vật liệu, W/m2K;
Chỉ số dưới KL và bm lần lượt thể hiện 
không khí lạnh và bề mặt vật liệu.
2.5. Phương pháp giải
Phương pháp giải được sử dụng ở đây là 
phương pháp sai phân hữu hạn.
2.6. Một số số liệu ban đầu
Số liệu về thời tiết được sử dụng từ trang 
web weatherspark.com [17].
Nhiệt dung riêng, khối lượng riêng, hệ số 
dẫn nhiệt của cá thu đông lạnh được trích từ tài liệu 
[10].
Tính chất nhiệt vật lý của không khí, bức xạ 
mặt trời, các công thức tính toán hệ số trao đổi nhiệt 
đối lưu được lấy từ các tài liệu chuyên ngành nhiệt 
và xin không nêu tại đây.
Hệ số truyền nhiệt k qua vách thùng xe lạnh 
được lấy từ [18], theo đó, với vách mới, k có trị số 
0,4 W/m2K, cứ một năm sử dụng tăng từ 3 - 5%. Ở 
đây lấy thời điểm sử dụng là 9 năm, tỉ lệ tăng là 5%.
Tính toán năng suất lạnh của máy lạnh 
trong điều kiện vận hành
Với đối tượng nghiên cứu là máy lạnh HT-
250II, năng suất lạnh tiêu chuẩn khi vận hành trên 
đường (ở nhiệt độ ngưng tụ thiết kế -20oC, nhiệt độ 
không khí ở phía dàn ngưng là 30oC) là 2,11 kW. 
Trong đề tài này, năng suất lạnh của máy 
trong quá trình vận hành được giả thiết sẽ phụ thuộc 
chính vào nhiệt độ không khí phía dàn ngưng và 
cũng là nhiệt độ không khí ngoài trời. Nó sẽ được 
tính theo các phương pháp nêu trong tài liệu chuyên 
ngành [19].
2.7. Kết quả xác định nhiệt độ không khí lạnh 
trong xe tải lạnh
Trong mục này và mục 2.7 là các kết quả khi 
giải phương trình (2.2) cùng các điều kiện đơn trị 
bằng phương pháp sai phân hữu hạn với bước thời 
gian 12 giây.
Hình 2.3 thể hiện sự thay đổi nhiệt độ không 
khí lạnh trong thùng xe tải lạnh.
Thùng xe
tải lạn
ISSN 2354-0575
Journal of Science and Technology30 Khoa học & Công nghệ - Số 10/Tháng 6 - 2016
Hình 2.3. Sự thay đổi nhiệt độ không khí lạnh trong thùng xe tải lạnh
Từ Hình 2.3, có thể nhận thấy, nhiệt độ 
không khí lạnh trong thùng xe tải lạnh thay đổi 
theo thời gian. Cũng cần lưu ý rằng, kết quả này thu 
được từ việc bỏ qua các tổn thất nhiệt do đóng mở 
cửa, tổn thất do rò lọt qua thùng xe. Nếu tính đến 
các tổn thất này thì nhiệt độ không khí lạnh trong 
thùng xe sẽ thay đổi nhiều nữa. Điều này ảnh hưởng 
rất lớn đến nhiệt độ sản phẩm lạnh đông.
2.8. Trường nhiệt độ trong miếng cá thu cắt khúc
Hình 2.4 thể hiện sự thay đổi nhiệt độ lớp bề 
mặt khúc cá. Hình 2.5 thể hiện sự thay đổi nhiệt độ 
tâm lát cá.
Hình 2.4. Sự thay đổi nhiệt độ lớp bề mặt khúc cá
Hình 2.5. Sự thay đổi nhiệt độ tâm khúc cá
ISSN 2354-0575
Khoa học & Công nghệ - Số 10/Tháng 6 - 2016 Journal of Science and Technology 31
Do các nguồn nhiệt thâm nhập dần vào 
thùng xe và từ đó xâm nhập vào lát cá nên nhiệt độ 
cả bề mặt và cả tâm khúc cá tăng dần. Nhiệt độ bề 
mặt tiến tới giá trị -12 độ C sau khoảng 6 - 7 giờ vận 
chuyển. Đây là ngưỡng nhiệt độ cần phải cấp đông 
trở lại cho sản phẩm.
2.9. Nhận xét kết quả
Từ kết quả tính toán được ở mục 2.6 và 2.7, 
có thể rút ra một số nhận xét sau đây:
- Không nên vận chuyển hoặc vận hành xe 
tải lạnh trong thời gian quá 6 tiếng đồng hồ trong 
điều kiện khí hậu miền Bắc.
- Chênh lệch nhiệt độ giữa tâm miếng cá và 
bề mặt miếng cá là không lớn vì bề dày lát cá là khá 
nhỏ (3,5 cm) - xem Hình 2.6.
- Chênh lệch giữa không khí lạnh và nhiệt độ 
bề mặt tấm cá cũng không lớn. Điều này dễ lý giải 
do cơ cấu truyền nhiệt (Hình 2.7).
- Để giảm hiện tượng nhiệt độ không khí 
lạnh và sản phẩm tăng lên trong thời gian vận 
chuyển, cần thiết phải giảm tải trên thùng sau một 
thời gian sử dụng xe.
- Cần có những biện pháp triệt để hơn để 
tránh hiện tượng thâm nhập nhiệt từ bên ngoài vào 
trong thùng xe. Điều này khi giải quyết được sẽ góp 
phần giảm được tiêu hao năng lượng một cách đáng 
kể, đảm bảo được chất lượng sản phẩm cũng như 
chi phí vận chuyển và cuối cùng là giá thành của 
sản phẩm.
Hình 2.6. Chênh lệch nhiệt độ giữa bề mặt và tâm khúc cá
Hình 2.7. Chênh lệch nhiệt độ giữa không khí và bề mặt khúc cá
3. Kết luận
Những kết quả của bài báo cho thấy, chúng 
ta hoàn toàn có thể xác định được nhiệt độ không 
khí lạnh trong xe lạnh, từ đó có những tính toán cụ 
thể để xác định trường nhiệt độ khúc cá đã được cấp 
đông cũng như các biện pháp vận hành phù hợp để 
đảm bảo chất lượng sản phẩm cũng như đạt được 
mục đích tiết kiệm năng lượng.
ISSN 2354-0575
Journal of Science and Technology32 Khoa học & Công nghệ - Số 10/Tháng 6 - 2016
Tài liệu tham khảo
[1]. 
[2]. 
[3]. 
[4]. Chumak I.G., Onhishenko V.P, General Mathematical Model of Cooling, Freezing and Thawing 
Processes for Various Foodstuffs, Report No.483, 20-th Internat. Congress of Refrigeration, IIF/IIR, 
Sydney, (1999). - 7 p.
[5]. Chumak I.G., Onhishenko V.P., Golovsky S.E., Zheliba Y.A, The Method of Prediction for 
Characteristics of Cooling and Freezing Processes of Foodstuffs // Proc. of Internat. Conference 
“New Applications of Refrigeration to Fruit and Vegetables Processes”, Comissions C2, D1, D2/3 
of IIR, June 1994, Istanbul (Turkey). - Paris, IIR, (1995). - P. 361-366.
[6]. Cleland, A.C and R.L. Earle. 1979a, A Comparison of Method for Predicting the Freeze Times 
of Cylind and Spherical Foodstuffs, Journal of Food Science 44(4): 958 – 963,790.
[7]. Nguyễn Việt Dũng, Báo cáo kết quả nghiên cứu đề tài: Xây dựng cơ sở khoa học cho quá trình 
chế biến và bảo quản xoài bằng công nghệ lạnh thông qua phương pháp mô hình nhiệt vật lý, Luận 
văn tiến sỹ khoa học, Odessa, Ukraine, 2008.
[8]. Nguyễn Bá Lâng, Nghiên cứu quá trình làm lạnh vật ẩm và vấn đề xác định thời gian đông lạnh 
thực phẩm, Luận văn thạc sỹ khoa học, 2006.
[9]. N. V. Dũng, H.K. Duy, Mô hình hóa quá trình làm lạnh và cấp đông cho một số loại thực phẩm, 
Tạp chí năng lượng nhiệt, 95-9/2010. Tr.5-9.
[10]. Vũ Huy Khuê (2015), Nghiên cứu quá trình truyền nhiệt truyền chất và các giải pháp tiết kiệm 
năng lượng trong lạnh đông cá thu, Luận án TSKT, Đại học Bách khoa Hà Nội.
[11]. Q.T. Pham. Handbook of Frozen Food Processing and Pakaging, Chapter 7, Mathematical 
Modeling of Freezing Processes, Da-Wen Sun (Ed). CRC Press, 2011.
[12]. Riedel, L. 1951, The Refrigeration Effect Required to Freeze Fruits and Vegetables, 
Refrigeration Engineering 59:670.
[13]. Riedel, L. 1957b, Calorimetric Investigation of the Freezing of Egg White and Yolk, Kaltetechnik 
9:342.
[14]. Salvadori, V., Mascheroni. R. H., Prediction of Freezing and Thawing Times of Foods by 
Means of a Simplified Analytical Method, Journal of Food Engineering (1991) 13 67 78.
[15]. Trịnh Văn Quang (2013), Cơ sở phương pháp phần tử hữu hạn trong truyền nhiệt, NXB Thế 
giới mới.
[16]. Karim M. A., Hawlader M. N. A. (2005), Mathematical Modelling and Experimental 
Investigation of Tropical Fruits Drying, International Journal of Heat and Mass Transfer 48, 4914–
4925.
[17]. 
[18].  
[19]. Nguyễn Đức Lợi, Giáo trình Kỹ thuật lạnh, NXB Bách khoa, Hà Nội, 2008.
RESEARCH ON EVALUATING TEMPERATURE OF COLD AIR AND FROZEN MACKEREL
IN REFRIGERATION VAN OPERATING ON CLIMATE OF NORTHERN OF VIETNAM
Abstract:
The article refers to the results of research on evaluating temperature of cold air and frozen mackerel 
in refrigeration van operating on climate of Northern of Vietnam.
Keywords: refrigeration, frozen mackerel, temperature, cold air.