不同形状的冷冻牛肉射频解冻均匀性探索及优化

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1、上海海洋大学硕士学位论文学校代码：10264研究生学号：M150252501上海海洋大学硕士学位论文不同形状的冷冻牛肉射频解冻均匀性探索题目：及优化Explorationandoptimizationof英文题目：radiofrequencythawinguniformityoffrozenbeefwithdifferentshapes专业：动力工程研究方向：射频解冻牛肉姓名：李玉林指导教师：王易芬二O一八年五月二十日I上海海洋大学硕士学位论文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

2、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

3、文。保密□，在三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II上海海洋大学硕士学位论文摘要本文主要研究了牛肉的射频解冻工艺，旨在研究形状对射频解冻的影响，对其解冻速率进行探索，分析解冻后的表面温度分布以及计算起均匀性，并对以后的均匀性提高方案做出了试想。在进行本探索之前利用模型食品对设备进行了实验及分析，分别研究了三种不同参数下的射频加热效率，分析了物料在不同的输入功率、电极板高度以及不同摆放位置时加热到50℃的影响，对其加热效率、表面温度以及完成加热后的温度均差进行对比。发现加热效率会

4、随着输入功率的增加而增加且设备匹配电压会随着输入功率的增大而增加；当电极板高度升高时物料的升温速率会降低，并且降低幅度越来越大，但是随着电极板高度的增加物料的均匀性有所下降；并且射频加热会因为位置的不同加热质量不同。对牛肉进行介电特性的测量，测量时利用开放式同轴线探头和安捷伦网络分析仪（HIOKI3532-50,日本），测量温度范围为-30℃~20℃、频率为27.12MHz时的介电常数和介电损耗因子。结果发现，介电常数和介电损耗均随温度的升高而增大，增大趋势可以分为三个阶段，在-30℃~-5℃内，缓慢增大，达到-5℃之后增大迅速，直到到0℃后介

5、电特性增大趋势小且趋于平缓。利用差示扫描量热仪DSC（TA）测量-30℃~20℃的牛肉的比热容，发现，比热容在相变温度达到之前缓慢上升且上升速度缓慢，在-5℃~0℃范围内变化幅度较大，且在-2℃时Cp值达到最大，为54kJ/（kg·℃），在0℃之后数值缓慢下降。冷冻牛肉的解冻在3kW、27.12MHz的射频加热仪器中进行，电极板高度为115mm，冷冻牛肉被切割为不同的形状，分别为不同厚度（4cm、5cm、6cm）、333不同尺寸（160×102×60mm;220×140×60mm;285×190×60mm）以及不同形状（长方形、梯形、台阶形）的

6、牛肉块，将其置于射频加热腔内进行解冻至中心温度达到解冻要求温度-4℃时停止。利用有限元分析法建立电磁场-热传导模型对牛肉解冻过程进行模拟，然后对实际实验值和模拟值进行对比分析，发现实际实验与模拟值温升趋势相同，并且表面温度分布图中的热点分布一样。通过对比发现，当物料的厚度不同时，解冻速率会随着厚度的增而增加，但是表面温度均匀性会越来越差，这是因为在相同的射频加热系统中，当物料厚度越大其空气间距越小，导致相对应的阻抗越小。由电场分布理论可知，当空气间隙较小时，电场强度和能量强度较高，因此间距越小物料得到的能量越高，使得加热速率越快；当物料的尺寸不

7、同时，小尺寸的III上海海洋大学硕士学位论文物料在实际试验中和模拟中均出现了边角加热过0℃的情况，而中等尺寸的和大尺寸的物料在实际实验中并未超0℃。并且，小尺寸的物料加热时间要超过其他的两种物料，这是因为当物料尺寸较小的时候设备匹配的电压要小，因此单位时间内得到的能量要少，因此加热速率最低，并且通过表面温度可知小物料和中等大小的物料加热后均匀性较较大的物料差；不同形状的物料解冻速率明显不同，不规则形状的边角均已超过0℃，因此越不规则边角过热越严重，长方形的解冻速率最快，其次为梯形体的冷冻牛肉，解冻最慢的为台阶形；利用温度均匀性公式进行计算可知，

8、加热均匀性会随着厚度的增加而变差，而其厚度为4cm、5cm、6cm的物料的均匀性数值分别为0.095、0.121、0.197。这种现象的产生是由于随着