柱状蔬菜真空预冷的理论与实验研究

摘要

针对目前国内外对蔬菜真空预冷机理研究不够完善的现状，本文选取柱状蔬菜为研究对象，提出以辐射换热和水分蒸发作为模型的重要边界条件，建立了柱状蔬菜真空预冷的热质传递模型。选取芹菜为模拟对象，以控制容积积分法对数学模型进行了离散化处理，利用MATIAB进行了数值模拟，得到了柱状蔬菜在真空预冷的过程中内部温度场和质量随时间的变化规律，同时得到了真空室压力随时间的变化曲线。建立了真空预冷实验台，采用罗茨水环机组取代传统的旋片式真空泵，由真空表读出并记录真空室压力，使用Agilent 34970A数据采集仪实时记录并存储蔬菜温度，并通过电子秤测量蔬菜的质量。选取具有代表性的圆柱形蔬菜(菠菜、芹菜、白菜和胡萝卜)进行真空预冷实验，并与已有的球形蔬菜(卷心菜)的实验结果进行了比较。 实验结果表明，柱状蔬菜的冷却效果和球形蔬菜相比大致相当，在相同的冷却条件下，蔬菜的冷却效果主要取决于表面积与体积的比值以及表皮厚薄，因而叶菜类蔬菜的冷却效果要明显好于根果类蔬菜。而同为叶菜类蔬菜，真空预冷效果则主要取决于蔬菜结构的紧凑程度，即叶子包裹的紧密程度。数值模拟结果与实验结果比较可以发现，模拟的压力与实测的压力在降压过程中的变化趋势是一致的，而且误差相对较小，数值模拟的真空室最终压力是613Pa，而实验测量值为660Pa；冷却终了时，芹菜的中心温度、表面温度和平均温度的测量值分别为3.23℃、1.76℃和2.5℃，而模拟结果的中心温度、表面温度和平均温度的数值则分别为1.14℃、0.78℃和0.99℃；在整个冷却过程中，模拟所得的水分蒸发量是蔬菜初始质量的5.94％，而实验测定的水分质量损失率为5.2％，两者十分接近。 上述结果证明，圆柱形蔬菜真空预冷的热质传递模型是合理的。数值模拟所得结果对真空预冷中产品的蒸发换热特性提供了一些基本的流动和传热规律。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1预冷的概念和意义

1.2预冷的种类及其特点

1.2.1冷风预冷

1.2.2冷水预冷

1.2.3冰预冷

1.2.4真空预冷

1.3真空预冷的原理

1.4真空预冷技术的应用现状

1.4.1真空技术技术的发展和应用概述

1.4.2真空预冷的实验研究现状

1.5真空预冷技术的理论研究现状

1.6本论文研究的主要内容与方法

第二章蔬菜真空预冷实验设备的建立

2.1真空预冷装置的简介

2.1.1直冷式真空预冷实验装置

2.1.2间冷式真空预冷实验装置

2.2本课题的真空预冷装置

2.2.1真空冷却系统

2.2.2测量系统

2.2.3制冷系统

2.3实验装置控制系统的设计

2.4实验流程及注意事项

2.5小结

第三章蔬菜真空预冷的实验研究及探讨

3.1概述

3.2圆柱形叶菜类蔬菜真空预冷的实验研究（菠菜、芹菜、白菜)

3.2.1菠菜的真空预冷实验

3.2.2芹菜的真空预冷实验

3.2.3白菜的真空预冷实验

3.3圆柱形根果类蔬菜真空预冷的实验研究（胡萝卜)

3.4球状叶菜类蔬菜真空预冷的实验研究(卷心菜）

3.5真空预冷后蔬菜的贮藏

3.6小结

第四章圆柱形蔬菜真空预冷的数值模拟

4.1概述

4.2圆柱形蔬菜热质传递模型的建立

4.2.1传热模型

4.2.2真空环境模型

4.2.3蔬菜的热物性参数

4.2.4传质系数的确定

4.3数值求解

4.3.1区域离散化

4.3.2控制方程离散化

4.4离散方程的求解步骤及说明

4.5计算结果分析

4.5.1真空室压力的变化

4.5.2蔬菜温度的变化

4.5.3食品质量的变化

4.6小结

第五章结论与展望

5.1结论

5.2展望

参考文献

作者在攻读硕士学位期间发表的论文

致谢