CFD modeling of the heat and mass transfer in a refrigerated truck trailer equipped with eutectic plates

An eutectic refrigeration system is proposed to replace conventional refrigeration systems powered by fossil fuel consumption for transporting frozen food products via refrigerated truck trailers. To study the feasibility of the eutectic system, numerical models have been first developed and favorably validated against published numerical and experimental results. The consolidated model has then been used to accurately predict the performance of the eutectic plates, while being compared to new measurements on a lab scale system. Initially, an infiltration model was developed using a k-w SST turbulence model to predict the thermoaerolic behavior of air during door-opening periods. Two fan modes and different configurations of eutectic plates were analyzed. Without any cargo, plates placed in series along the truck trailer's roof had a higher renewal time than those placed in parallel at the rear due to recirculation zones created by the pre-existing flow. However, as cargo is introduced into the system, both configurations behaved similarly as recirculation zones couldn't form. Furthermore, a granular multiphase Eulerian-Eulerian model was developed to predict frost formation on top of a cold plate. The k-w SST turbulence model was incorporated into the frost model to extend its applicability to a wider range of inlet velocities. Finally, the solidification and melting models were consolidated into the model as a user-defined function (UDF). With the consolidated model, the performance of a eutectic system was studied for typical summer conditions in Montreal, Canada. The analysis showed that approximately 2.3% of the phase change material undergoes a phase change within the first 120 seconds. Overall, the performance of the eutectic system can be considered a viable replacement for the conventional system. Moreover, the system will be greatly enhanced through infiltration prevention and frost removal mechanisms.
Le système de refroidissement par plaques eutectiques (matériau à changement de phase, MCP) est une possible alternative aux systèmes conventionnels de réfrigération alimentés par des combustibles fossiles pour le transport de produits alimentaires surgelés ou réfrigérés dans des remorques de camions. Des modèles numériques ont été développés pour évaluer sa faisabilité et ont été validés avec succès par rapport à des résultats numériques et expérimentaux issus de la littérature. Initialement, un modèle d'infiltration d’air dans la remorque a été développé utilisant un modèle de turbulence k-w SST pour prédire le comportement thermoaéraulique de l'air pendant les périodes d'ouverture des portes. Différentes configurations des plaques eutectiques et des ventilateurs ont été analysées. Sans cargaison, les plaques disposées en série le long du plafond de la remorque ont montré un temps de renouvellement plus élevé que celles disposées en parallèle à l'arrière, en raison des zones de recirculation. Cependant, une fois la cargaison introduite, les deux configurations offrent des performances similaires car les zones de recirculation n'ont pas pu se former. Par ailleurs, un modèle multiphasique granulaire eulérien-eulérien a été développé pour prédire la formation et la croissance du givre sur les plaques eutectiques. Le modèle de turbulence k-w SST a été intégré pour étendre l'applicabilité du modèle de givre à une gamme plus large de vitesses d’air. Un modèle de solidification et de fusion a également été implémenté et couplé aux modèles précédents. Avec ce modèle combiné, les performances d'un système eutectique ont été étudiées pour des conditions estivales typiques à Montréal, Canada. Environ 2.3% du MCP change effectivement de phase au cours des 120 premières secondes. Globalement, le système eutectique offre une alternative viable au système conventionnel, bénéficiant des mécanismes de prévention des infiltrations ou de dégivrage.