果蔬压差预冷技术优化的数值分析及实验研究

发布时间：2020-08-09 11:09

【摘要】：冷链物流是保存食品质量及安全的重要手段。在去年,快速发展冷链物流保障体系,促进食品安全等意见在国务院办公厅发布。其中明确指出中国冷链物流存的关键问题在于“最先一公里”及“最后一公里”,预冷被视为其中至关重要的一环。其中,压差预冷技术因其预冷速度快、适用果蔬范围广等优势显得尤为重要。本文针对现有资源大多投入到压差预冷库的建设,而压差预冷设计细节及预冷技术薄弱等问题做了较为深入的研究。以生菜这类球型果蔬为例,建立了生菜压差预冷的物理模型及数值仿真模型,并采用CFD仿真模拟软件对预冷过程进行模拟。模拟了其在不同风机压力、回风通道不同间距等不同参数条件作用下回风通道流场的分布情况;模拟了在不同送风温度策略、不同送风速度的环境下生菜预冷过程。并通过北京市农林科学院蔬菜研究中心刘升研究员团队设计并建造的高湿变风量压差预冷库对理论模型进行了实验验证。实验结果与模拟结果趋于一致,验证了模型的可靠性。并建立了预冷时间、预冷能耗、失重率、预冷均匀性的预冷库设计优化及生菜预冷效果评价体系。以下,将压差预冷库的优化设计一并归为压差预冷技术。在优化压差预冷库设计方面,针对于不同风机压力环境下对回风通道流场分布的影响进行了研究。风机压力参数根据不同型号的T35-11型轴流风机进行选取。结果表明,当选择全压483Pa的T35-11-4型号风机时,回风通道流场分布更加密集且均匀。当选择全压237Pa的T35-11-2.8型号风机时,流场分布不均匀,且有明显衰减。得出风机压力越小流场越紊乱,并意味着换热效率越低,预冷越缓慢。针对于在风速等其他参数一致,码垛方式为纵向排列的情况下,回风通道间距的不同对回风通道流场分布的影响进行了研究。原间距设计为600mm,设定方案将其分为间距600mm、500mm、400mm、300mm共4种。结果表明,在用标准集装箱改造的固定尺寸的压差预冷库中,其他参数一致的情况下,回风通道间距越窄(进风通道间距越宽)其流场分布更加紧密且均匀,意味着换热系数越大,换热效率越高,预冷速度越快,预冷效率越高。在优化压差预冷技术方面,将预冷过程以半冷却温度为界限划分为两个预冷区段。目标将生菜从初温20℃预冷至5℃,且每个区段均分别采用4℃、2℃、0℃的送风温度,共9种预冷策略。结果表明,半冷却温度之前,送风温度的不同对生菜预冷时间的影响很小,4℃的送风温度相比较于0℃的送风温度,预冷时间仅延长30min。因此在半冷却温度之前选择4℃的送风温度。半冷却温度之后,由于预冷终温为5℃,若选用4℃的送风温度会极大的延长生菜的预冷时间,且能耗过大,因此不予考虑。综合分析得出,相对于传统策略全程采用0℃的送风温度,半冷却温度前后分别选择4℃与2℃的送风策略,其所花费的预冷时间适宜,且能耗最低,实际生产中具有绿色环保节能减排的实际意义,因此选其为最佳策略。针对送风速度的不同对生菜预冷效果的影响进行研究。1.5m/s、1m/s、0.76m/s的生菜预冷用塑料筐进口送风速度分别对应实验用压差预冷库轴流风机50Hz、40Hz、30Hz的风机频率及轴流风机出口风速16m/s、12m/s、7.5m/s。结果表明,送风速度越大,预冷时间越短,预冷均匀性越好,且在预冷能耗方面无明显区别,较大的风速并不会增加单次预冷的能源消耗。对于生产实际中也有一定的指导意义。综上,在以标准集装箱改造的固定尺寸的压差预冷库中,码垛方式为预冷用塑料筐纵向排列,预冷以生菜为代表的球型果蔬时,当回风通道间距为300mm,送风速度及压力较大,预冷终温为5℃,变送风温度方式采用半冷却温度前后为4℃变为2℃的策略,预冷效率越高且能耗最低。该模式为实际生产提供了一个先进的思维理念,在以节能减排、绿色环保为重要努力方向的当今农业具有一定的指导意义。
【学位授予单位】：上海海洋大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TS255.3
【图文】：

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上海海洋大学硕士学位论文的预冷技术大致分为压差预冷、冷水预冷、真空预冷及。不同的果蔬适合不同的预冷方式，亦需要考虑预冷量不同果蔬具有不同成熟季节等问题。预冷冷的应用在中国最为普遍。仅需要保证所配备的风机的风速和风压条件，将产生的冷空气压迫至预冷产品及近，与果蔬进行自然对流换热从而完成预冷过程[11]。

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图 1-2 压差预冷Fig. 1-1 Forced-air precooling预冷效率高，预冷速度是普通冷库预冷的 2～10 倍；冷却均匀率高，简单易操作；兼做冷藏库；不同预冷温度、环境要求果蔬皆适合。收容能力比预冷通风库低，单次预冷量为其 550%～65%；时间较长，需培养专业人士。水预冷预冷产品提前放置于准备好冷水中，而冷水则成为带走果蔬介，这种预冷方式被成为冷水预冷。冷水不仅去除了预冷产

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图 1-3 冷水预冷Fig. 1-3 Cold water precooling优点：预冷迅速、传传递性能优异；预冷时间一般在10min～30min；适用于胡萝卜类蔬菜，龙眼类水果。不存在果蔬预冷失重率、预冷迅速、装置造价低廉、通过机械传动的方式升级其控制系统可节约人力资源；缺点：循环使用的冷水必要进行杀菌处理，否则容易滋生微生物，污染食品以保证果蔬品质；不同产品进行预冷时需重新制备冷水；浸过水的蔬菜不利于长时间保鲜；须配置配套恒温贮藏库。2.4 真空预冷

【参考文献】