涡旋水流清洗技术的机理与实验研究

发布时间：2017-06-30 17:05

  本文关键词：涡旋水流清洗技术的机理与实验研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：清洗在农产品、食品加工中是一个非常重要的环节。目前我国生产的果蔬清洗设备与国外的设备相比仍有很大的差距,开发新型的果蔬清洗机有重要的意义,高效、节能是果蔬清洗设备开发研究的重点方向,因而本文选用涡旋水流清洗方式,设计具有单涡旋和双涡旋清洗方式的果蔬清洗机,采用理论方法与数值分析研究了单、双涡旋水流清洗动力特性,并通过实验研究了涡旋水流清洗果蔬的效果,具体工作内容如下:1.设计并加工了涡旋式水流清洗样机,从理论上对该设备的水流损失与物料受力进行了计算,双涡旋流动时流量损失较小,而单涡旋流动时射流冲击力较大;应用清洗样机进行了初步实验研究,涡旋水流清洗较适用于体积较小些的水果、叶菜类的以及小体积的块茎类的蔬菜。2.采用计算流体力学方法对清洗机模型内单涡旋、双涡旋水流清洗动力特性进行数值研究,采用两相流方法验证边界条件设置的合理性,数值计算结果采用粒子示踪实验方法进行验证,依据结果对影响清洗槽内单、双涡旋水流运动情况的因素进行了分析,包括入口总流量Q、横向射流喷嘴中心平面位置H、纵向射流喷嘴与横向射流喷嘴高度差h、横向射流管与纵向射流管入口流量比R以及夹角?,并对相同条件下的单、双涡旋数值分析结果进行了比较,揭示涡旋式水流清洗机理及其对清洗样机结构和性能的影响。分析结果表明,边界条件设置是合理的,Q和H对槽体内流场分布影响不大,高度差h对形成双涡旋流动有一定影响;而流量比R影响很大,流量比为2时,槽体内形成的涡旋流动较理想;夹角?对槽体内形成双涡旋流动影响较大,夹角较小时形成的双涡旋流动较理想;相同条件下,单涡旋湍流运动较双涡旋流动时强烈,但双涡旋流动分布较好。3.通过实验对涡旋水流清洗果蔬进行了清洗效果的研究,主要以清洗后样品中菌落数为评价指标,对影响单、双涡旋清洗小青菜和樱桃番茄清洗效果的因素进行了响应面实验分析,包括清洗时间、物料量和流量比。结果说明,若使物料更好地形成涡旋流动,则需根据物料特性来选择水流清洗方式;双涡旋水流清洗的效果优于单涡旋清洗;清洗时间影响最明显,清洗时间和物料量的交互作用对清洗小青菜影响显著,而清洗樱桃番茄时,清洗时间和流量比的交互作用影响较大。
【关键词】：果蔬清洗 涡旋水流 数值分析 清洗效果
【学位授予单位】：江南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TB490
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-9
• 第一章 绪论9-14
• 1.1 课题研究背景与意义9-10
• 1.2 国内外研究现状10-12
• 1.2.1 果蔬清洗技术与设备10-11
• 1.2.2 清洗机理与实验研究11-12
• 1.2.3 清洗机理数值研究12
• 1.3 课题研究的内容和方法12-14
• 第二章 涡旋水流清洗样机的设计14-24
• 2.1 射流清洗理论14
• 2.2 清洗样机的制造14-18
• 2.2.1 清洗样机的结构14-15
• 2.2.2 清洗槽结构设计15-16
• 2.2.3 离心泵的选型16-17
• 2.2.4 管路设计17
• 2.2.5 其他部件17-18
• 2.3 水流清洗参数的确定18-23
• 2.3.1 水流损失18-20
• 2.3.2 物料受力分析20
• 2.3.3 适用范围20-21
• 2.3.4 最大清洗量21
• 2.3.5 清洗性能曲线21-23
• 2.4 本章小结23-24
• 第三章 单涡旋水流流动数值分析24-39
• 3.1 流体动力学基础24-26
• 3.1.1 控制方程24
• 3.1.2 计算模型24-25
• 3.1.3 Standard k -ε 模型计算公式25-26
• 3.1.4 Standard k -ε 模型控制方程26
• 3.2 清洗槽内单涡旋流场数值计算26-29
• 3.2.1 物理模型26-27
• 3.2.2 数值方法与边界条件27-28
• 3.2.3 边界条件验证28-29
• 3.3 计算结果分析和讨论29-37
• 3.3.1 实验验证29-30
• 3.3.2 单涡旋三维流动特征30-32
• 3.3.3 多喷嘴射流流动特性32-34
• 3.3.4 横向射流中心平面内流速分布34-36
• 3.3.5 横向射流喷嘴截面位置处涡旋运动36-37
• 3.4 本章小结37-39
• 第四章 双涡旋水流流动数值分析39-55
• 4.1 物理模型与数值方法39-40
• 4.2 计算结果分析和讨论40-50
• 4.2.1 实验验证40-41
• 4.2.2 双涡旋三维流动特征41-42
• 4.2.3 多喷嘴射流运动特性42-44
• 4.2.4 横向射流中心平面内流度分布44-46
• 4.2.5 横向射流喷嘴截面位置处涡旋运动46-48
• 4.2.6 夹角 θ 对清洗槽内流场分布的影响48-50
• 4.3 单双涡旋流场比较分析50-53
• 4.3.1 三维特征比较50-51
• 4.3.2 射流运动特性比较51-52
• 4.3.3 涡旋湍动特征比较52-53
• 4.4 本章小结53-55
• 第五章 涡旋水流清洗效果的研究55-70
• 5.1 实验材料与流程55-56
• 5.1.1 物料与试剂55
• 5.1.2 仪器与设备55
• 5.1.3 评价指标55-56
• 5.1.4 操作流程56
• 5.2 实验方案设计56-57
• 5.2.1 单因素实验56-57
• 5.2.2 响应面实验设计57
• 5.3 单因素实验结果与分析57-60
• 5.3.1 清洗时间的影响57-58
• 5.3.2 物料量的影响58-59
• 5.3.3 横纵向射流流量比的影响59-60
• 5.4 响应面实验结果与分析60-69
• 5.4.1 单涡旋清洗小青菜60-63
• 5.4.2 单涡旋清洗樱桃番茄63-65
• 5.4.3 双涡旋清洗小青菜和樱桃番茄65-68
• 5.4.4 单双涡旋清洗效果比较68-69
• 5.5 本章小结69-70
• 主要结论与展望70-72
• 主要结论70-71
• 创新点71
• 展望71-72
• 致谢72-73
• 参考文献73-76
• 附录: 作者在攻读硕士学位期间发表的论文76

【参考文献】

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本文编号：502706