西瓜热物性的测定及冷藏过程模拟

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1、西瓜热物性的测定及冷藏过程模拟谢珊吴江涛西安交通大学热流中心2010年9月•青岛第七届全国食品冷藏链大会The7thChinaColdChainConference目录第七届全国食品冷藏链大会研究背景研究现状西瓜物理性质实验研究数值模拟结论与展望研究背景第七届全国食品冷藏链大会冷冻加工冷冻贮藏冷藏运输冷冻销售食品冷链组成研究背景第七届全国食品冷藏链大会3T原则Time时间Tolerance耐藏性Temperature温度遵循“3T”原则研究背景不同种类的冷冻冷藏食品，其最适降温速率、保藏温度等可能是不同的，因此，依照经验来指导速冻加工比较盲目，并且可能造成能源的浪

2、费。有研究表明快速降温的保存质量普遍好于慢速降温。然而，冻结太快也是有害的，由于冷却过快，热量来不及传递，样品内外的温差较大，产生的热应力容易造成样品断裂。如果先对食品冷冻冷藏过程进行模拟，在此基础上确定工艺条件，对获得最高质量的产品有十分重要的参考价值。第七届全国食品冷藏链大会研究现状食品的冷冻冷藏过程不仅与其自身的导热系数、形状和表面积等因素有关，还受外界的温度、介质的流动等性质的影响。目前的冷冻过程的模拟计算比较简单，粗略，有的是根据经验确定物性参数，存在显著缺陷。通过实验获取准确的导热系数，比热和密度值，为数值模拟提供必要的物性参数，是很有研究价值的。第七

3、届全国食品冷藏链大会物理性质实验研究实验选取结构相对简单的无籽西瓜作为研究对象，通过实验获取下列物性参数：密度导热系数比热第七届全国食品冷藏链大会密度测量实验原理无籽西瓜的密度采用以下计算公式：式中：ρ——密度；m——样品质量；V——样品体积。实验方法切取瓜瓤、瓜皮样品各3块，电子分析天平称重，测量精度为0.01g；利用排水法测量体积，体积测量精度为0.5ml。第七届全国食品冷藏链大会密度测量实验结果无籽西瓜瓜瓤瓜皮密度第七届全国食品冷藏链大会瓜皮密度(kg/m³)瓜瓤密度(kg/m³)1833.331919.562848.482924.403848.243910

4、.64平均值843.35平均值918.20导热系数测试无籽西瓜样品具有含水量高的特点第七届全国食品冷藏链大会稳态法热稳定时间长试样内部水分的湿迁移结果不能反映待测物的实际工作状态的物性瞬态法测试时间较短试样水分迁移的影响小测量结果比较近似实际工作状态试样的导热系数导热系数测试探针法的优点第七届全国食品冷藏链大会1.易于插入试样中，测量方便2.测试迅速3.试样温升小，结果近似试样实际工作状态4.测试结果复现性好导热系数测试探针法基于线热源瞬态模型探针法的理想模型是：在无限大的等温介质中置入长度无限长、直径无限小的线热源初始状态下,热探针和被测样品达到热平衡用恒定功率

5、的热流对线热源进行加热，根据线热源的温度随时间的变化关系就可以得到介质的导热系数第七届全国食品冷藏链大会导热系数测试导热系数推导公式：式中：k——导热系数（W/m·K）；Q——单位长度的加热功率；t0——初始时间（s）；t——时间（s）；△T0——基于t0的温度上升（℃）；△T——温升（℃）。第七届全国食品冷藏链大会导热系数测试本实验中探针的制作参照E.G.Murakami在文献中介绍的探针结构，具有装置制作简便，数据处理简单的优点。第七届全国食品冷藏链大会导热系数测试探针测量导热系数的实验系统主要由温度采集数字多用表、工控机、稳压电源、探针装置组成：第七届全国食

6、品冷藏链大会导热系数测试探针装置的标定利用分析纯的甘油对探针装置进行标定，实验测定了20℃分析纯甘油的导热系数值与标准值进行对比，结果显示误差小于5%：20℃分析纯甘油的标定结果第七届全国食品冷藏链大会U(V)I(A)k实验值（W/m·K)k理论值（W/m·K)Er（%）20.31650.2938120.287092.3420.31670.2875710.287091.6820.31660.2873100.287090.7720.31670.3000770.287094.52导热系数测试利用探针装置测试无籽西瓜的瓜瓤和瓜皮在20℃条件下的导热系数值，结果见下表：无

7、籽西瓜的瓜瓤和瓜皮20℃的导热系数值第七届全国食品冷藏链大会样品名称瓜皮瓜瓤导热系数（W/m·K)0.58290.46610.57770.47860.58060.481平均值0.58040.4752比热的测定第七届全国食品冷藏链大会比热可采用瑞典HotDisk公司生产的HotDisk热常数分析仪-2500S。HotDisk利用的是瞬态平板热源法。测试采用探头型号为5464，功率0.05W，时间40s。实验结果如下表：无籽西瓜的瓜瓤和瓜皮的比热数据样品名称瓜皮瓜瓤比热{MJ/m³·K）4.4253.6974.4683.6284.4093.667平均值4.4343.6

8、64数值模