樱桃压差预冷送风参数的优化研究

发布时间：2020-07-07 07:32

【摘要】：随着我国经济的发展,人们的物质生活得到了极大丰富,对果蔬的需求量也急剧膨胀。但由于果蔬的成熟环境温度较高,因而快速降低果蔬的田间热成为提高果蔬货架期的重要步骤。而压差预冷是在农产品预冷过程中使用较为广泛且有效地预冷方法之一,其通过果蔬的特殊堆码方式配合毛毡形成中间气流通路,并通过压差风机将冷空气强制送入预冷箱内,从而达到果蔬快速降温的目的。本文以樱桃为例探究送风参数对压差预冷的预冷时间、能耗与温度分布不均匀度进行分析,以期得到最优化的送风参数。其主要工作如下:1.建立三维樱桃预冷数学模型利用CFD软件建对樱桃的压差预冷过程进行了数值模拟。同时,为了更接近预冷的真实情况,通过ASHRAE手册得到樱桃主要的成分(水分、糖分、蛋白质、脂肪、维生素、无机盐)的物性参数(密度、导热系数、比热容)随温度变化的函数,再经过混合物计算公式求得樱桃随温度变化的物性参数的函数。最后对迎面风速1.45m/s与0.72m/s两种情况下的模拟数据进行实验验证,得到实验与模拟的温度随时间的变化曲线基本一致,两者的最大温差在2℃以内。2.送风速度对预冷效果的影响通过实验与模拟分析得到在迎面风速在0.5m/s~3.0m/s时,风速越大樱桃预冷时间越短,预冷能耗越大,预冷结束时温度不均匀度越小。当迎面速度超过2m/s时,再增加送风速度对预冷时间影响不大;在迎面风速在0.5m/s~1m/s时预冷能耗逐渐降低在1m/s~3m/s时,预冷能耗增长幅度较快;当迎面风速超过1.5m/s时风速对预冷不均匀度的影响较小,其变化率小于0.59%。故而综合分析樱桃预冷的最佳送风速度为2m/s。3.送风温度对预冷效果的影响通过实验与模拟分析得到送温度度在-2℃~2℃时,送风温度越高,樱桃预冷时间越长,预冷能耗越小,预冷结束时温度不均匀度越小。送风温度每增加1℃,其不均匀度降低率依次为14.44%、15.22%、28.57%、42.51%;总能耗的减小率为2.47%、2.79%、1.93%、1.55%,预冷时间增加率依次为10.88%、13.21%、17.33%、27.27%。综合以上分析可以得到最佳的送风温度为0℃。4.送风方向对预冷效果的影响通过实验与模拟分析得到送风方向变化对预冷效果的影响。交替送风对预冷时间变化不明显,其预冷时间稳定在25~26min之间。风向交替周期越小(交替次数越大)时;预冷能耗显著增加。在风向交替周期为10min时(风向变化5次)时樱桃预冷能耗最大达到43.3kJ/kg,比单向送风的34.19kJ/kg高出26.13%;预冷过程中与结束时温度不均匀度显著减小;其不均匀度仅相当于单向送风的50.22%~61.92%。故而在樱桃压差预冷过程中送风方向交替一次为宜。6.樱桃压差预冷最佳的送风参数综合对樱桃压差预冷的送风参数(送风速度、送风温度、送风方向)的分析,综合考虑预冷时间、预冷能耗与预冷温度不均匀度。得到樱桃压差预冷最佳的送风参数为:迎面风速为2m/s,送风温度0℃,在预冷过程中送风方向交替一次。
【学位授予单位】：山东建筑大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TS255.3
【图文】：

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1.保温层 2.循环水泵 3.压缩机 4.冷凝器 5.蒸发其 6.喷淋装置 7.物料 8.传送带图 1.1 喷淋式冷水预冷系统原理图冷水预冷是一种简单有效的对果蔬的降温方式。由于冷水具有较高的热导系数，冷水与产品表面的均匀接触会导致温度迅速下降[8]。故在相同温度的降温介质下，冷水预冷是空气预冷速度的 15 倍[9]。此外，冷水预冷在处理某些带根茎的果蔬时还具有一定的清洗功能[10]。但其最大的问题在于产品淋湿后易携带细菌，导致病害发生和腐烂增加。然而，由于国家对水资源的保护愈发严格，大量消耗水资源的冷水预冷的发展逐渐受到限制。1.2.2 真空预冷真空预冷技术的原理是：随着环境压力的降低，液态水的沸点也随之降低。将带水的果蔬放置在密闭容器中，并快速抽走密闭容器内的空气，使得容器内的水分在常温下蒸发吸热，从而快速带走果蔬采后的田间热[11]。其系统原理如图1.2 所示。

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图 1.3 冷库预冷系统原理图预冷服冷库预冷降温速率慢、温度分布不均匀的问题，以冷冷应运而生。其主要是通过设置压差风机与特殊的堆码方箱侧面的开孔流过，直接与包装箱内果蔬接触的强制对流理如图 1.4 所示

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