冷冻鱼糜在915MHz单模微波加热系统中的温度变化规律及解冻机理研究

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1、学校代码：10264研究生学号：D150202028上海海洋大学博士学位论文冷冻鱼糜在915MHz单模微波加热系统中的题目：温度变化规律及解冻机理研究StudyonTemperatureDistributionofFrozenSurimi英文题目：Processedin915MHzSingle-modeMicrowaveHeatingSystemandItsThawingMechanism专业：食品科学与工程研究方向：微波热加工工程姓名：张柔佳指导教师：王锡昌二O一八年五月二十日上海海洋大学博士学位论文

2、上海海洋大学学位论文原创性声明本人郑重声明：我恪守学术道德，崇尚严谨学风。所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经明确注明和引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品及成果的内容。论文为本人亲自撰写，我对所写的内容负责，并完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：日期：年月日上海海洋大学学位论文版权使用授权书学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论

3、文被查阅或借阅。本人授权上海海洋大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密□，在年解密后适用本版权书。本学位论文属于不保密□学位论文作者签名：指导教师签名：日期：年月日日期：年月日上海海洋大学博士学位论文上海海洋大学博士学位论文答辩委员会成员名单姓名工作单位职称备注李云飞上海交通大学教授主席李保国上海理工大学教授委员刘俊荣大连海洋大学教授委员陶宁萍上海海洋大学教授委员施文正上海海洋大学教授委员钟建上海海洋大学副研究员秘书上海海

4、洋大学食品学院答辩地点答辩日期2018.05.28A楼210上海海洋大学博士学位论文冷冻鱼糜在915MHz单模微波加热系统中的温度变化规律及解冻机理研究摘要食品工业加工过程中，冷冻鱼糜的传统解冻方式主要为空气解冻，其解冻时间长，易引起汁液流失率高等品质问题。微波加热技术属于整体加热，加热速度快，目前已应用于食品的解冻、复热、干燥以及灭菌等加工环节。将微波技术应用于鱼糜解冻的工业加工过程中，可解决其解冻时间长、品质低的问题，但是加热的不均匀性，是目前限制微波加热技术工业化应用的主要原因。对于传统的热传导加

5、热方式，其温度分布规律较为固定，最冷点一般位于食品材料的几何中心，而微波加热后的冷热点的数量、位置均受较多因素影响。同时，在微波解冻过程中，由于冰和水之间的介电特性差异巨大，不均匀加热的现象更为严重。此外，在工业应用中，微波的功率较大，而食品吸收的微波能与电场强度的平方成正比，因此在工业微波解冻过程中，食品的不均匀加热问题也会被放大。为探究微波加热过程中的温度分布规律，目前已有许多学者建立了相关的数值模型对其进行预测和分析，但现有模型主要是针对传统多模微波系统（如家用微波炉）进行建立的。在微波系统中，磁

6、控管产生的微波会在一个频段范围（915±13MHz、2450±50MHz）内波动，而多模系统产生的电场分布会随频率的波动而发生改变，从而导致食品中的冷热点位置发生变化。但在现有的数值模型中，许多学者并没有意识到频率变化对温度分布的影响，在频率设置时仅考虑中心工作频率，因此所建立的模型与实际结果有一定偏差。基于单模微波系统中的电场分布不随频率的波动而发生改变，可保证加热后食品温度分布的稳定性，本文针对该问题，自主研发了一套915MHz单模微波加热系统，改善了微波解冻的均匀性，从而促进微波解冻技术的工业化应

7、用。主要研究结果如下：（1）915MHz单模微波加热系统的研发：在磁控管产生的工作频段范围内，多模系统会同时形成多种驻波模式，难以准确地对其进行预测和控制，导致食品中的温度分布得不到有效预测。当微波加热腔的某一维度的尺寸明显小于微波波长时，可产生单一、稳定的波形，即为单模系统。考虑到2450MHz的波长较小，I上海海洋大学博士学位论文其单模加热腔尺寸难以满足常规食品的尺寸大小，本文自主研发了适合工业应用的915MHz单模微波加热系统，系统主要包括：915MHz微波发生器、波导管、喇叭口、微波加热腔、微波

8、抑制器、传送带以及控制系统。其中，微波加热腔被设计成单模微波加热腔，是整个系统的核心部件。经测试，该系统可在解冻食品时提供稳定、单一的电场分布，且其微波加热腔的腔体尺寸可满足较大规格的食品材料，适用于工业化连续微波解冻的生产环节。（2）915MHz单模微波加热系统解冻鱼糜过程的数值模型建立及实验验证：为探究新系统解冻食品后的温度分布规律，本文以冷冻鱼糜为实验对象，建立了解冻过程的数值模型。由于商业计算机软件没有直接处理材料潜热的功能，本文提