粒状食品红外线源辐射瞬态熟化温度场的仿真.pdf

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1、第33卷第1期华中农业大学学报Vol_33No．12014年1月JournalofHuazhongAgriculturalUniversityJan．2014，116～121粒状食品红外线源辐射瞬态熟化温度场的仿真陈震徐凤英李长友姚振冲华南农业大学工程学院，广州510642摘要为解决粒状食品红外线源辐射瞬态熟化温度场连续加工测控较难、品质恶变等问题，构建了粒状食品红外线源辐射瞬态熟化温升模型，分析其辐照强度的空间变化，并应用数值仿真方法，研究不同粒径食品变距瞬态熟化温度场形成特性。结果表明：粒状食品红外线源辐射瞬态熟化温度场形成与辐照强度

2、、粒径尺寸、受辐射距离等因素相关，粒状食品表面热损速率与内能变化速率间满足能量平衡瞬态响应；沿红外线源辐照方向，物料内部瞬态熟化温度呈递减分布；4mm粒径荔枝果肉加工食品受50mm距离辐射，其熟化温度高且均匀。关键词粒状食品；红外线源；熟化温度场；仿真；辐射中图分类号TS205文献标识码A文章编号1000—2421(2014)01—0116—06粒状食品结构紧密、稳定性好、营养成分不易溶高效率、高品质、低成本熟化工艺参数的优化提供理失，已成为食品加工的重要类型。热加工瞬态温度论依据。场特性是影响熟化品质与效率的重要因素。粒状食1仿真模型与

3、模拟方法品加工瞬态温度场不仅与受热传递方式有关，而且与粒径尺寸、辐射源结构相关¨1]。红外线源辐射因1．1假设条件传热阻力低、热利用效率高、易连续布置等优点，在工．粒状食品为各向同性材料的球形颗粒物料，食品热加工连续生产中得到较广泛应用。粒状食品无粘弹性、蠕变；受红外线源辐射作用，其熟化瞬态温度场存在空间Ⅱ．粒状食品与红外辐射线源均为灰体，黑度系辐射照度和个体结构尺寸差异，易出现内部熟化温数为1；度不均现象。这严重影响了粒状食品连续热加工品Ⅲ．粒状食品瞬态熟化过程无表面水分散失；质与效率。Ⅳ．粒状食品表面与空气介质间的热扩散系数目前，对粒

4、状食品红外线源辐射熟化加工温度为无穷大，且空气介质温度均匀一致；场控制主要采用测定，但在线测量易受其他测试点V．粒状食品处于开放环境中，瞬态受热平衡干涉，难以准确选取。采用损伤性在线测量，虽可解时，其内部温度场在空间上均匀。决测试点干涉问题，但对粒状食品造成破坏性损害。1．2粒状食品物料辐射仿真模型另外，还有些食品在测量中采用超声、CT或MR等粒状食品受红外辐射线源辐射加热熟化过程无损测量，但其测试成本较高，不宜在生产中广泛应中，其表面也向环境散热，其瞬态熟化温度场不仅与用。近年来，应用数值仿真法有效模拟食品保鲜、干热源、个体结构尺寸相关

5、，也与其距辐射源及外界环燥过程物料内部的温度场口]，但对粒状食品瞬态熟境关联[5]，因此其受热熟化物理平台宜为自行设计化温度场特性的研究尚缺。笔者通过构建粒状食品的空间可变距调节平台，如图1所示。红外线源辐射瞬态熟化温升模型，分析红外线源空基于物理平台要求，本试验构建能与环境对流间辐射照度，应用数值仿真研究不同粒径、不同距离换热的粒状食品红外线源辐射熟化变距仿真模型。粒状食品红外线源辐射的瞬态熟化温度场形成过在该仿真模型中，粒状食品与红外线源辐射距离程，旨在揭示熟化温度场梯度势差特性，为粒状食品为h，直径为D。收稿日期：2013—0305

6、基金项目：国家自然科学基金项目(31071583)陈震，博士，工程师．研究方向：农产品加工技术与装备．Email：zhenchenid@scau．edu．cn通信作者：李长友，博士，教授．研究方向：农产品加工技术与装备．E-mail：lichyx@scau．edu．cn第1期陈震等：粒状食品红外线源辐射瞬态熟化温度场的仿真117『高lIl图2平行平面的红外线源辐射照度Fig．2Irradianceonparallelplane1．粒状物料Particlematerial；2．辐射灯管RadiationtubeunderIRIinearso

7、urceradiation3．辐射距离调节装置Radiationdistanceadjustingequipment图1辐射干燥模型结构示意图粒状食品受红外线源辐射加热作用，其平均辐Fig．1Schematicsofradiationdryingmodelstructure照强度为孥1．3理论分析与数值模拟P—Iofdfsin。d一丌。，0(6)基于粒状食品红外线源辐射瞬态熟化模型，其瞬态温升过程满足l7{]：单位长度上的最大辐照强度为9T．⋯,l(警刁z+磐8y+罄a)+Dc㈩，f一1o一2IJt~(7)．⋯粒状食品的热流率为设红外线源

8、辐射管的微小长度d，则有dI一j，·dx·COSa—·h·seca·da(8)q氡¨翁1,A1．1(()())dE一—dIoc。s口(9)(2)在角度a。和a。之间积分[1引，可得红外辐射线F