食品冷却抽真空过程流场影响参数分析
食品真空速冷机制冷量
食品真空速冷机制冷量食品真空速冷机制冷量1. 引言食品真空速冷机制冷量是指在真空环境下，利用速冷机对食品进行快速冷却的过程中所需的制冷量。
随着人们对食品质量和口感要求的不断提高，食品速冷技术越来越受到关注。
本文将深入探讨食品真空速冷机的机制冷量及其影响因素，帮助读者更全面理解这一主题。
2. 食品真空速冷机制冷量的机制食品真空速冷机主要利用压缩机、冷凝器、膨胀阀和蒸发器等组成的制冷系统，通过循环工质的物态变化实现食品的快速冷却。
当制冷系统运行时，压缩机将制冷剂压缩成高压高温气体，然后通过冷凝器中的冷却水或气体将其冷却变为高压冷凝液，接着通过膨胀阀进入蒸发器，制冷剂在蒸发器中吸收食品的热量使其快速冷却，最后再回到压缩机进行循环。
3. 影响食品真空速冷机制冷量的因素（1）真空度：真空度是指真空环境下的气体压强，对食品真空速冷的制冷量有着重要影响。
通常情况下，真空度越高，制冷量越大，食品的速冷效果就越好。
（2）食品性质：食品的性质也是影响制冷量的重要因素之一。
不同的食品具有不同的物理性质和热传导特性，这将直接影响制冷剂与食品之间的热量交换效果。
一般而言，导热性好、热传导速度快的食品在同样的制冷条件下需要更大的制冷量。
（3）食品初始温度：食品初始温度也会对制冷量产生影响。
食品的初始温度越高，制冷过程中需要的制冷量就越大。
在进行食品真空速冷时，将食品的初始温度降低到尽可能低的程度，可以节约能源和提高制冷效果。
（4）制冷设备能力：制冷设备的制冷能力决定了制冷量的大小。
一台制冷能力较大的真空速冷机在同样的制冷条件下可以提供更大的制冷量，从而实现更快的速冷效果。
4. 个人观点和理解食品真空速冷机制冷量是利用先进的制冷技术对食品进行快速冷却的关键指标。
在我看来，食品真空速冷技术的应用将会为食品行业带来革命性的改变。
通过利用真空环境和制冷设备的协同作用，食品可以更快速、更均匀地冷却，从而达到更佳的保鲜效果和口感质量。
真空冷却在肉类食品工业的研究现状
真空冷却技术能够加速肉类食品的冷却过程，减少食品的腐败和细菌滋生， 提高食品的品质和安全性。此外，该技术还有助于提高生产效率，降低能源 消耗，为肉类食品工业带来经济效益。
研究目的与方法
研究目的
本文旨在探讨真空冷却技术在肉类食品工业的研究现状和应 用效果，分析其优缺点和发展趋势，为进一步的研究和应用 提供参考。
研究方法
本文将对国内外相关文献进行综述和分析，结合实验研究， 对真空冷却技术在肉类食品工业的应用效果进行评估。具体 包括文献调研、实验设计、数据收集和分析等步骤。
02
真空冷却技术概述
真空冷却技术简介
真空冷却技术是一种新型的食品冷却方法，其基本原理是利用真空环境下的低温 蒸发和传导来快速去除食品表面的热量，从而实现食品的快速冷却。
储存过程中的品质监控
定期检查储存过程中的肉类食品的质量指标，如温度、湿度、微 生物等，以确保产品质量符合要求。
储存设施的管理
对储存设施进行定期清洁和维护，保证储存环境的卫生和质量。
04
真空冷却在肉类食品工业 的挑战与解决方案
真空冷却技术在肉类食品工业中面临的挑战
冷链物流不健全
真空冷却技术需要配合完善的冷链物流体系，以确保肉类食品从生产到销售的每个环节都 保持低温，防止食品变质。然而，目前很多地区的冷链物流体系并不完善，导致真空冷却 技术在肉类食品工业中的应用受到限制。
03பைடு நூலகம்
制定统一的技术标准和规范
政府和行业协会应加强制定和完善真空冷却技术的标准和规范，规范
设备制造商和肉类食品加工企业的技术和操作方法，推动技术的规范
化应用和发展。
05
结论与展望
研究结论
真空冷却技术可以有效地提高 肉类的冷却速率，降低冷却成 本，并且能够改善肉类的品质
真空冷却技术在食品中的应用
真空冷却技术在食品中的应用来这里找志同道合的小伙伴！温度是影响食品质量安全最重要的参数之一。
例如，在41~46℃之间，肉类产品中的病原性产芽孢厌氧菌微生物会快速繁并产生毒素。
而果蔬等新鲜农业产品，在它们采摘的时候品质就开始衰败，只有及时采取降温措施才能得到缓解。
为了尽快将食品冷却到安全的温度范围内，美国、英国和爱尔兰等国均对食品的冷却时间提出了严格的规定。
尤其是对于西方国家的主要饮食之一——熟肉的冷却提出了特殊的规定。
例如，美国农业部建议将未腌制的熟肉从54.4℃冷却到4℃的最长时间为300 min。
而对于大块的熟肉，使用风冷、冷库降温以及水冷等传统方法根本无法实现，因此，寻找新型冷却技术成为了关键。
真空冷却是一种新型的快速冷却方法，它主要是依靠蒸发水分来获取冷量。
真空冷却中的食品不仅温度分布均匀，而且降温很快。
之前的研究表明，真空冷却不仅仅适用于生菜、蘑菇、卷心菜、菠菜等蔬菜，也适用于切花、烘焙食品、米饭、小块熟肉、水产品。
后来，茶叶蛋、豆腐、草莓、水果切片、面制品、水煮汤圆等生产商也都尝试着将真空冷却技术作为冷却替代技术之一。
然而，真空冷却带来的质量损失等问题却一直不能被商业上接受，大大阻碍了这项技术的全面推广。
随着食品行业生产力的快速提高以及高质量食品需求的急速增加，许多科学家和相关专业人员都希望尽快找到一种失重小、降温更快且食品品质更高的新型真空冷却工艺。
为此，本文综述了国内外近些年来在真空冷却方面的部分研究成果，并对今后的发展提出一些见解。
一、真空冷却原理及设备1真空冷却的原理真空冷却是通过制造低压环境强迫水分从食品表面和内部快速蒸发以获取冷量的一种快速制冷技术。
标准的真空冷却过程为：1)把食品放进真空室，关上真空门并开启真空泵；2)当压力达到与食品初始温度对应的饱和压力时(“闪点”)，水分开始快速蒸发，并吸收大量热量使得食品迅速被冷却。
“闪点”之前的制冷量很小，通常被忽略；3)当真空室压力降到终压并维持一段时间之后，食品的最高温部分达到目标温度，真空冷却过程结束。
基于材料透气性参数的食品真空冷却过程中温度分布的理论研究
第 ３ 卷 第 ３期 １
２１ ０ ２年 ５月
浙 江海 洋学院 学报 ｆ 自然科 学版１ Ｊｕｎ ｌ ｆ ｈ ｊ ｎ ｃ ａ ｎｖｒｉ （ ａ ｒｌ ｃｅ ｃ） ｏ ｒａ ｏ ｅ ａ ｇＯ ｅｎＵ ｉｅｓｙＮ ｔ ａ Ｓ ｉｎ ｅ Ｚ ｉ ｔ ｕ
Ｖ０ ． Ｎｏ ３ １３１ ． Ｍ ａ ． ０１ ｙ， ２ ２
文章编 号 ：０ ８ ８０ （０２０ — ２４ ０ １０— ３ Ｘ２ １）３０ ３ — ５
基 于材料透气性参数 的食 品真空冷却过程 中 度 分 布 的理 论研 究
日 皿
ห้องสมุดไป่ตู้
韩 志 ・ 谢 ，
（． １ 浙江海洋学院船舶与建筑工程学院 ， 浙江舟山
晶 ２ 潘迎捷 ， ２
２ １０ ） ０３６
ＨＡ ｈ Ｘ ＥＪｎ Ｐ Ｎ Ｙｎ －ｉ ＮＺ ｉ Ｉ ｉｇ Ａ ｉｇｊ ， ， ｅ
（． ｃ ｏｌ ｆ ａａ Ａ ｃ ｉ ｃ ｒ ｎ ｉｉＥ ｇ ｅ ｒ ｇｏ ｈｊ ｎ ｃａ ｎｖｒｉ ， ｈ ｕｈ ｎ ３ ６ ０ ； １ Ｓ ｈｏ ｖ ｌ ｒｈｔ ｔ ｅａ ｄＣｖｌ ｎ ｉ ｅ ｎ ｆ ｅｉ ｇＯ ｅ ｎＵ ｉｅｓ ｙ Ｚ ｏ ｓａ １０ ４ ｏＮ ｅｕ ｎ ｉ Ｚ ａ ｔ ２ Ｄ ｐ ｒ ｅ ｔ ｆ ｅ ｇｒｔ ｎ＆Ｃ ｙｇ ｎｃ ｎ ｉｅｒ ｇ Ｓ ａ ｇ ａ Ｏ ｅｎＵ ｉｅｓｙ Ｓ ａｇ ａ ０ ６ Ｃ ｉａ ． ｅ ａｔ ｎ ｆ ｅａｉ ｍ ｏＲ ｒ ｉ ｏ ｒｏｅ ｉ Ｅ ｇｎ ｅ ｎ ， ｈ ｎｈ ｉ ｃａ ｎｖｒｉ ， ｈ ｎ ｈ ｉ ０ ， ｈｎ） ｉ ｔ ２ １ ３
多孔蔬菜在真空冷却过程中热质流失的研究
多孔蔬菜在真空冷却过程中热质流失的研究近年来，多孔蔬菜被广泛用于食品加工和冷冻保存，因为这种蔬菜具有丰富的纤维和低脂肪含量，可以充分保持蔬菜的品质和营养成分。
然而，在经历真空冷却过程时，多孔蔬菜会遭受热质穿透性的流失。
热质流失是一个重要的参数在冷冻过程中需要考虑的因素，已经用于研究多孔蔬菜的冷冻存储特性和质量特性。
因此，有必要研究真空冷却过程及其影响多孔蔬菜在这个过程中热质流失的行为。
真空冷却技术是有效控制和保存蔬菜营养、味道和新鲜度的关键技术之一。
在真空环境中，蔬菜表面温度比内部低，蔬菜空气和水蒸气自由挥发，容易产生热质流失。
因此，研究热质流失是弄清真空冷却过程及其对蔬菜的影响的重要的第一步。
基于上述介绍，以及相关文献的研究，本研究旨在准确模拟和表征多孔蔬菜对热质蒸气的传导特性。
首先，采用He-Le型模型，应用热力学原理，以研究真空条件下多孔蔬菜在冷却过程中热质传导的行为和特征。
然后，根据热质流失的数据，计算冷却过程中多孔蔬菜的实际冷却速率。
最后，分析不同真空冷却温度和热质流失流量对多孔蔬菜冷却过程的影响。
本研究将采用Hobe G.A. 等研究的方法，结合热辐射热流仪和温湿度空气场，在低真空（5 Pa）条件下，室温（25℃）下进行多孔蔬菜真空冷却过程热质流失实验。
同时，本研究将设计多种传热参数组合，包括室温，焓值，热导系数，真空冷却温度，蒸发温度等，以更加有效地监控多孔蔬菜冷却过程中热质流失的行为。
实验结果将有助于深入理解冷却过程中多孔蔬菜表面热量的损失特性，帮助优化冷冻保存蔬菜的过程，以实现冷冻蔬菜的最佳品质。
真空冷却过程的机理分析
作者简介： 金听祥 2 !U*" 0 3 & 男 &真空冷却冷藏以及食品冷却保鲜研究。
金听祥等： 真空冷却过程的机理分析 !#$ 为水蒸气的蒸发潜热， %& ’ %$； !) 为产品的沸腾系数， %$ ’ * +,・ )- ・ . / ； " 为被冷却产品的比热容， & ’ * %$・ 2 / 3 # 为水蒸气蒸发的通道直径， )； ! 为水蒸气的动力黏度， +,・ .； $( 为水的分子质量， %$ ’ )67； ( 为水蒸气； 01 为真空室； .,4 为饱和； .# 为表面； 5 为初始时刻； + 为被冷却产品。
（!"）
" # 4 $ %（’ * ’ ） $ $ 7 *+, , " # %（’ * ’ ） $
*% 7 *+,
（!8） （!4）
式中
为产品的沸腾系数； %7 ( #9 4 : !) ; / <&・ 2 =+・7" ・* 3 ; !， ’*+, 为产品温度所对应的饱和压力。’*+, 的表 ( { [ /9 "!"/’ A 89 0#!・ ( )9 /4’ * .4/9 ) 8
图$
真空冷却过程中温度变化曲线
图0
真空冷却过程中的质量损失
!"#
真空与低温
第 !! 卷第 " 期
通过对真空冷却过程进行理论分析可以发现以下几种情况。首先， 当真空冷却刚开始时， 真空室内压力 迅速降低， 此时真空室内的压力仍然高于产品温度对应的饱和压力， 产品内部的水分没有蒸发， 也不会产生 冷却效应。其次， 随着真空室内压力的降低， 真空室内的压力将会接近、 等于和小于产品温度对应的饱和压 力。产品内外的压差将会变大， 内部的水分开始沸腾， 以水蒸气的形式从产品逸出。由于产品的中心温度高 于表面温度，根据饱和压力与温度的关系式可知，产品中心温度对应的饱和压力一定高于表面温度对应的 饱和压力。这样当真空室内的压力低于或者等于产品中心温度对应的饱和压力时，产品中心的水分将会沸 腾蒸发。随着真空室内的压力继续降低， 当真空室内的压力低于或者等于表面温度对应的饱和压力时， 表面 的水分蒸发。产品中的水分沸腾蒸发后会从产品中吸收热量， 将导致产品温度快速降低。而且， 随着真空室 内压力的降低， 由于产品内外的压差作用， 所以产品内部的水分将会一直蒸发， 直到真空冷却过程结束。 图 $ 显示了真空冷却过程中产品质量损失的变化。真空冷却的原理主要是依靠产品内部的水分蒸发来 产生冷却效应，这就不可避免真空冷却过程中产品的质量会减少。模拟结果显示真空冷却的质量损失为 然而真空冷却质量损失的实验结果却为 (& %’ ， 它们之间的误差在 $’ 左右。 %& !’ ， ! 结 论
宠物食品技术食品真空冷冻干燥过程中的工艺参数分析
食品真空冷冻干燥过程中的工艺参数分析食品真空冷冻干燥原理和工艺流程01干燥原理真空冷冻干燥是将含水物料冻结后，在真空环境下加热，使物料中水分直接升华除去，从而使物料脱水获得冻干制品的技术。
真空冷冻干燥属于物理脱水，理解其过程应从水的三相平衡图开始。
如图1所示，AB、AC、AD分别为冰和水蒸汽、冰和水、水和水蒸汽两相共存时其压力和温度之间的关系，称之为升华曲线、溶解曲线和汽化曲线；三线交点A,为固、液、汽三相共存的状态，称为三相点，温度为0.01℃,压力为612Pa。
箭头1、2、3表示冰升华成水蒸汽、冰融化成水、水汽化成水蒸汽的过程。
升华现象是物质从固态不经液态而直接转变成汽态的现象。
由该图可知，只有当压力在三相点压力以下时，升华才可能发生，真空冷冻干燥就是基于这个原理。
02工艺流程1）前处理工艺：在对物料进行冷冻干燥加工之前的前期处理工艺。
如，对于植物性原料，它通常包括物料的清洗去皮去脐、分切破碎、蒸煮调理冷却甩干、称重装盘等。
2）预冻工艺：该江艺是主工艺升华干燥前的预处理工艺。
它是经前处理工艺称重装盘后的冷却物料、经轨道小车送至速冻机或冷冻隧道、按冻结工艺要求进行冷冻后，装入干燥仓或送入低温冷藏间储藏备用。
3）升华干燥工艺：该工艺是物料冷冻干燥加工中的主要工艺环节。
它是将预处理后的物料送入干燥仓中，按不同的物料冻干曲线，使冻结物料在真空状态下加热，进行物料中的游离水由冰到水蒸汽的升华干燥过程和脱除结合水的解析干燥过程，最终脱去物料中的水分，完成物料的冻干。
4）后处理工艺：该工艺是将己冻干的物料，进行后期加工处理的工艺。
它一般包括对产品的质量检查、粉碎筛分，称重包装仓库存放等。
03升华干燥工艺过程在食品真空冷冻干燥工艺过程中，升华干燥是整个工艺过程中的关键。
典型食品冻干过程分为3个阶段，如图3所示：a段为匀速升华阶段或称为恒定加热功率阶段。
这一阶段通常为最大加热功率（即加热板温度为最高温度），当物料上部温度达到最高允许温度时该阶段终止；b段为降速升华阶段或称为下降加热功率阶段。
食品加工中真空处理对品质的影响研究
食品加工中真空处理对品质的影响研究近年来，随着人们对食品安全和质量的日益关注，食品加工技术也得到了重视。
其中，真空处理作为一种常用的食品加工方法，对食品质量有着重要的影响。
本文将探讨食品加工中真空处理的原理，以及其对食品品质的影响。
首先，我们来了解一下真空处理的原理。
真空处理是指将食品置于一个低压环境下进行加工的过程。
通过减少环境中的氧气和水分，真空处理可以有效延缓食品的腐败和氧化反应，从而保持食品的新鲜度和口感。
此外，真空处理还可以提高食品的保质期，减少添加剂的使用，以及改善食品的外观和口感。
其次，我们来探讨一下食品加工中真空处理对品质的影响。
首先是食品的保鲜性。
由于真空处理减少了食品中的氧气和水分，可以抑制微生物的生长，从而延长食品的保鲜期。
以肉类为例，真空处理可以防止氧化反应的发生，保持肉类的鲜嫩度和色泽。
此外，对于一些易氧化的食品，例如油脂和坚果，真空处理可以保持其营养成分的稳定，防止脂质过氧化和酸败的发生。
其次是食品的口感和质地。
真空处理可以改善食品的质地，使其更加嫩滑和口感丰富。
例如，通过真空处理，蔬菜可以更好地保持其鲜脆度和营养成分。
对于一些需要腌制和熏制的食品，例如腌制肉类和鱼类，真空处理可以更好地提高其品质，增强其风味。
此外，真空处理还可以保持食品中的营养成分，避免因加热或氧化等过程而损失。
然而，真空处理也存在一些不利影响。
首先是食品发色。
由于真空处理减少了氧气的存在，会导致一些食品在处理过程中变色，从而影响其外观。
例如，相较于暴露在氧气中的水果，真空处理后的水果往往会有较快的褐变速度。
此外，真空处理也可能导致食品的质地改变，比如一些食品可能变得更加松散，影响口感。
为了解决这些问题，一些改进的真空处理技术被开发出来，以提高食品的品质。
例如，采用调节性真空处理可以在加工过程中控制氧气的含量，从而减少食品的褐变。
另外，多种真空封口技术的应用能够有效保持食品的质地和口感，以及减少食品在处理过程中的损失。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
万方数据
第９期
韩志等：食品冷却抽真空过程流场影响参数分析
１１９
了食品真空冷却中传热、传质的数学模型，采用 Ｇａｕｓｓ—Ｓｅｉｄｅｌ迭代法进行求解，压力变化的计算结 果与实验值吻合较好。但是，该方法无法给出整个 容器内流场物理量的详细信息。
本文在考虑密闭容器的泄漏以及容器内壁和空 气对流换热的前提下，建立描述抽真空过程的真空 环境模型，基于Ｆｌｕｅｎｔ软件对流场进行数值模拟，并 对模拟结果进行实验验证。在此基础上，对影响流 场的参数（真空泵抽气速度、容器自由容积、放置隔 板）进行模拟研究，以期为进一步研究食品真空冷 却过程以及抽真空设备的设计提供理论依据。
Ａｂｓｔｒａｃｔ
Ａ ｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌ ｍｏｄｅｌ ｗａｓ ｄｅｖ’ｅｌｏｐｅｄ ｆｏｒ ｔｈｅ ｈｅａｔ ａｎｄ ｍａｓｓ ｔｒａｎｓｆｅｒ ｉｎ ｖａｅｕｕｍｉｚｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ． Ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌ ｆｌｕｉｄ ｄｙｎａｍｉｃｓ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｗａｓ ｅｍｐｌｏｙｅｄ ｆｏｒ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｕｎｓｔｅａｄｙ ｍｏｄｅｌ．Ｔｈｅ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｒｅｓｕｌｔｓ ｆｉｔｔｅｄ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｄａｔａ ｗｅｌｌ．Ａｆｔｅｒ ｔｈａｔ，ｓｅｖｅｒａｌ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ（ｐｕｍｐｉｎｇ ｓｐｅｅｄ，ｆｒｅｅ ｖｏｌｕｍｅ，ａｎｄ ｃｌａｐｂｏａｒｄ ｅｔｃ．）ｗｈｉｃｈ ｗｏｕｌｄ ａｆｆｅｃｔ ｔｈｅ ｆｌｏｗ ｆｉｅｌｄ ｗｅｒｅ ａｎａｌｙｚｅｄ．Ｔｈｅ ｈｉｇｈｅｒ ｔｈｅ ｐｕｍｐｉｎｇ ｓｐｅｅｄ ｉｓ，ｔｈｅ ｌｏｗｅｒ ｔｈｅ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｌｉｍｉｔａｔｉｏｎ ｉｓ，ｔｈｅ ｌｏｗｅｒ ｔｈｅ ｍｉｎｉｍｕｍ ａｉｒ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｏｆ ｖａｃｕｕｍ ｃｈａｍｂｅｒ ｉｓ ａｎｄ ｔｈｅ ｍｏｒｅ ｔｉｍｅ ｓｐｅｎｔ ｉｎ ｒｅａｃｈｉｎｇ ｍｉｎｉｍｕｍ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ．Ｔｈｅ ｆｒｅｅ ｖｏｌｕｍｅ ｄｉｄ ｎｏｔ ａｆｆｅｃｔ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｌｉｍｉｔａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｖａｃｕｕｍ ｃｈａｍｂｅｒ．Ｔｈｅ ｇｒｅａｔｅｒ ｔｈｅ ｆｒｅｅ ｖｏｌｕｍｅ ｉｓ，ｔｈｅ ｈｉｇｈｅｒ ｔｈｅ ｍｉｎｉｍｕｍ ａｉｒ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｏｆ ｖａｃｕｕｍ ｃｈａｍｂｅｒ ｉｓ ａｎｄ ｔｈｅ ｌｅｓｓ ｔｉｍｅ ｓｐｅｎｔ ｉｎ ｒｅａｃｈｉｎｇ ｍｉｎｉｍｕｍ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ．Ｒｅｆｅｒｒｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｌｉｍｉｔａｔｉｏｎ ａｎｄ ｔｈｅ ａｖｅｒａｇｅ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｏｆ ｔｈｅ ｆｌｏｗ ｆｉｅｌｄ，ｔｈｅ ｐｌａｃｅｍｅｎｔ ｏｆ ｃｌａｐｂｏａｒｄ ｃａｎ ｂｅ ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ ｔｏ ｔｈｅ ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ ｏｆ ｆｒｅｅ ｖｏｌｕｍｅ．
２ ０ １ ０年９月
农业机械学报
ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１０００—１２９８．２０１０．０９．０２４
第４ｌ卷第９期
食品冷却抽真空过程流场影响参数分析 术
韩 志１’２ 谢 晶２ 潘迎捷２
（１．浙江海洋学院船舶与建筑工程学院，舟山３１６００４；２．上海海洋大学食品学院，上海２０１３０６）
【摘要】 建立了描述食品冷却抽真空过程的传热、传质模型，采用计算流体力学进行了非稳态模拟，实验表明
以看出：真空泵抽速越大，真空室内的极限压力越
小。
真空室达到的最低面积加权平均温度为
２１．５５℃和１８．５２℃，对应的时间是１２０ Ｓ和２２０ Ｓ。
其中，面积加权平均温度定义式为
１
，
１
Ｈ
ｒｐｊ＝寺Ｊ ＴｄＳ。＝丁１∑ＴｉＳ。
（６）
～０。
～０
０１
式中ｓ。——真空室界面的面积，ｍ２
ｓ．——真空室界面被分割后第ｉ块的面积，ｍ２
１真空环境模型
真空实验装置主要由真空室和真空泵组成，该 真空室的截面如图１所示。在建立模型时，考虑到 装置的对称性，将真空室简化为二维流场处理，并作 如下假设：忽略辐射换热；真空泵效率保持不变；在 负压状况下，真空室的泄漏量保持不变。
——唪 抽７ｔ¨
Ｆｉｇ．１
图１ 真空室截面图及网格划分
Ｓｋｅｔｃｈ ｍａｐ ｏｆ ｖａｃｕｕｍ ｃｈａｍｂｅｒ ａｎｄ ｇｒｉｄ ｄｉｓｐｌａｙ
真空室内气体流动为非稳态紊流。真空环境的
压力受真空泵的抽速和效率、真空室的自由容积和
泄漏量等因素的影响。当真空室压力接近极限压力
时，真空室压力变化量约为零。从上述分析并参考已
一＝＝一 有的研究一。，可知真空室的压力随时间的变化关系为
ｄｐ。。 一ｒ／ｓ。（Ｐ，。一Ｐｉ）
（２）
ｄｆ
Ｋ，
式中．ｐ。。——真空室压力，Ｐａ
１００００
值与模拟值的对比情况。压力在１０ ０００～２７０．１４ Ｐａ 的降压过程中最大偏差为１９０ Ｐａ，压力偏差率最大 为５．２３％，温度最大偏差为０．４８℃。实验验证表明 模型与实际吻合较好。
８０００
苣６０００
蚓４０００
２０００
０
时间，／Ｓ （ａ）
¨问／ｓ （ｂ）
图２真空室压力（１０ ０００ Ｐａ范围内）和空气温度的模拟值与实验值的比较
为了验证模拟的准确性，进行验证实验。采用 的实验仪器为：单级旋片真空泵（ＬＥＹＢＯＬＤ Ｓｏｇｅｖａｃ ＳＶ２５型），铜一康铜热电偶（Ｔ型，精度０．５级），多点
万方数据
１２０
农业机械学报
温度采集器（ＦＬＵＫＥ ２６４０ ＮｅｔＤＡＱ型），电容式薄膜 真空计（ＺＤＭ一１型，精度０．５级，测量范围：１０ Ｐａ～ １０ ｋＰａ）。真空泵的名义抽速为２５ ｍ３／ｈ，真空室自 由容积为０．２０ ｍ３。图２给出了压力和温度的实验
流体流动满足质量守恒定律、动量守恒定律和
能量守恒定律。在直角坐标系下，真空室内气体流
场可用通用微分方程描述为。７‘
３
｛ｊ（ｐ妒）＋ｄｉＶ（ｐｕ妒）＝ｄｉＶ（Ｄｇｒａｄｔｐ）＋Ｓ （１） Ｕ６
式中 ｐ——通用变量 Ｄ——扩散系数
｜ｓ——与ｐ相对应的广义源项（不稳定相、对
流项、扩散相和源项） ｐ——密度 “ห้องสมุดไป่ตู้—速度 ｔ——时间
７７——与真空泵效率有关的比例常数
ｓ。——真空泵名义抽速，ｍ３／ｓ
Ｐｉ——极限压力，Ｐａ
ｙ，。——真空室的自由容积，ｍ３
当真空室的压力降到极限压力时，此时抽走的
气体量与渗入的气体量相等，其计算公式为
ｓｐｉＭ
…
２葡～ ｍｉｎ ２ｍｏｕｔ ２ ｓｐ
（ｊ）
式中 ｉｎ．。——外界渗入真空室的质量流量，ｋｇ／ｓ
ｒ。——第ｉ块面上的温度值，℃
由此可以看出，抽速越大，真空室的最低温度越
低，达到最低温度所消耗的时间也越长。 ３．２ 自由容积
分别模拟自由容积０．１６ ｍ３和０．２０ ｍ３时的流 场，模拟结果如图４所示。
模型与实际吻合较好。在此基础上，对影响流场的参数：真空泵抽速、容器自由容积、是否放置隔板进行了模拟研
究。研究表明：真空泵抽速越大，真空室内的极限压力越小，真空室的最低温度越低，达到最低温度所消耗的时间
越长；自由容积不影响真空室的极限压力，自由容积越大，真空室的最低温度越高，达到最低温度所消耗的时间越
却过程中液体气化过程的数学模型，为研究抽真空 过程奠定了理论基础。金听祥等。５。建立了抽真空 过程中压力变化的数学模型，通过Ｍａｔｌａｂ ６．１软件 进行数值求解，模拟压力值与实验测得压力值的最 大偏差在２００ Ｐａ以内。但是该方法没有考虑真空 室的泄漏，在低压阶段偏差较大。贺素艳等一钊建立
收稿日期：２００９—０７—２７修回口期：２００９—１０—１６ ＋２００９年上海市优秀学科带头人计划资助项目（０９ＸＤｌ４０２０００）和上海市教育委员会重点学科建设资助项目（Ｊ５０７０４） 作者简介：韩志，讲师，上海海洋大学博ｉ‘生，主要从事食品工程的数值模拟研究．Ｅ，ｍａｉｌ：ｈａｎｚｈｉ＠１８８．ｃｏｍ 通讯作者：谢晶，教授，博士生导师，主要从事食品冷冻冷藏技术与设备研究，Ｅ－ｍａｉｌ：ｊｘｉｅ＠ｓｈｏｕ．ｅｄｕ．ｃｎ
时，二者相差约为３ ５２８ Ｐａ，随着抽真空的进行，压
力差逐渐减小，５００ ｓ时压力差约为５４ Ｐａ。可以判
定，随着抽真空的进行，压力场呈现均匀化趋势。同
时，结合模拟数据，可以得知：抽速分别为２５ ｍ３／ｈ
和３０ ｍ３／ｈ的情况下，５００ Ｓ时，压力变化量已经很
小，可知极限压力分别约为２７０ Ｐａ和２１６ Ｐａ，由此可
同抽速下运行１００ Ｓ和５００ ｓ后真空室的等压线如 图３所示。
开始时，抽速对压力下降速度影响很大，１００ ｓ
Ｆｉｇ．３
图３ 不同抽气速度工况下，１００ Ｓ和５００ Ｓ时的真空室压力场（单位：Ｐａ）
Ａｉｒ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｆｉｅｌｄ ｉｎ ｖａｃｕｕｍ ｃｈａｍｂｅｒ ｏｆ ｖａｃｕｕｍｉｚｉｎｇ １ ００ Ｓ ａｎｄ ５００ Ｓ ｗｉｔｈ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｖｅｌｏｃｉｔｉｅｓ （ａ）２５ １３３３／ｈ，１００ ｓ（ｂ）３０ ｍ３／ｈ，１００ ｓ（ｃ）２５ １１１ ３／ｈ，５００ ｓ（ｄ）３０ ｍ３／ｈ，５００ ｓ
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ Ｖａｃｕｕｍ ｐｕｍｐ，Ｈｅａｔ ａｎｄ ｍａｓｓ ｔｒａｎｓｆｅｒ，Ｆｌｏｗ ｆｉｅｌｄ，Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ，Ｐｒｅｓｓｕｒｅ 】ｊｍｊｔａｔｊＯｎ
引言
抽真空是食品真空冷却的关键技术，直接影响 冷却速度＂“。抽真空过程中，影响压力变化的因 素较多，建立数学模型有利于研究不同参数对抽真 空过程流场的影响。Ｈｏｕｓｋａ Ｍ等㈠建立了真空冷
Ｆｉｇ．２ Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ ｏｆ ｓｉｍｕｌａｔｅｄ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ａｎｄ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｐｒｏｆｉｌｅ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｄａｔａ
３不同参数对流场的绷