果蔬热处理传热过程的数值模拟及验证

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1、第26卷第11期农业工程学报Vol.26No.113442010年11月TransactionsoftheCSAENov.2010果蔬热处理传热过程的数值模拟及验证※尹海蛟，杨昭，陈爱强（天津大学热能研究所，天津300072）摘要：为了研究果蔬采后热处理过程的传热机理，建立了柱状与球状果蔬热处理的普适传热模型，对模型进行了数值模拟及试验验证。结果表明：所建模型能够准确预测多种边界条件下柱状与球状果蔬热处理时的组织温度变化及动态响应，柱状及球状果蔬的模型预测值与实测值的平均相对误差及均方根误差均低于5%。热水浸泡法与热空气法的对比试验表明：达到相同的热处理效果，伊丽莎白香瓜热水

2、浸泡法的处理时间仅为热空气法的35%～50%；热水浸泡法中香瓜22果实的表面换热系数为190～250W/(m·)℃，而在热空气法中仅为10～30W/(m·)℃。所建普适传热模型及相关试验结论可为采后果蔬热处理工艺参数的确定及优化提供参考。关键词：热处理，模型，数值分析，传热，果蔬doi：10.3969/j.issn.1002-6819.2010.11.058中图分类号：S379，O242.1文献标志码：A文章编号：1002-6819(2010)-11-0344-05尹海蛟，杨昭，陈爱强.果蔬热处理传热过程的数值模拟及验证[J].农业工程学报，2010，26(11)：344－3

3、48.YinHaijiao,YangZhao,ChenAiqiang.Numericalsimulationandexperimentalverificationofheattransferforfruitsandvegetablesduringheattreatment[J].TransactionsoftheCSAE,2010,26(11):344－348.(inChinesewithEnglishabstract)的确定及优化提供参考及理论指导。0引言1材料与方法作为一种无毒、无污染、无化学药剂残留的果蔬贮前预处理方法，果蔬热处理技术受到了国内外众多学者1.1试验材料[

4、1-8]的关注与研究。果蔬热处理是指将果蔬短时间置于非采用以黄瓜为代表的柱状果蔬及以伊丽莎白香瓜为[2]致死的高温中进行采后处理的一种物理保鲜方法，具有代表的球状果蔬对所建传热模型的精度及普适性进行试控制果蔬病虫害，调节果蔬生理生化代谢，减轻果蔬冷验验证。两种试材均购自天津市红旗农贸市场，选择大[3-7]害，延缓果蔬衰老及延长果蔬货架期等作用。热处理小均一（黄瓜直径为3.8cm，香瓜直径为9cm）、无机械方法包括热水浸泡法、热空气法、热蒸汽法及远红外处伤、无病虫害的果实备用。果实密度以排水法测定，其[8]理法等，其中以热水浸泡法及热空气法最为常用。在果他热物性参数根据文献[1

5、0]的方法确定，各参数如表1。蔬的热处理技术中，处理温度及处理时间是影响热处理表1试验果蔬的物性参数[9]效果的2个关键参数。不同种类的果蔬，其最佳的热处Table1Physicalpropertiesparametersofexperimentalfruitsand理温度及热处理时间不同，温度过低或时间过短，处理vegetables效果不理想，温度过高或时间过长则容易引起果蔬的高密度ρ/比热Cp/导热系数k/热扩散率a/呼吸热H/名称-3-1-1-1-1-72-1-3(kg·m)(J·kg·℃)(W·m·℃)(10m·s)(W·m)温热损伤。目前，国内外学者对果蔬热处理技术

6、进行了黄瓜93238500.541.5053大量的研究，但大多集中在热处理对果蔬保鲜效果的影香瓜91538750.561.5848响方面，而对热处理技术中果蔬组织的传热规律及传热机理研究尚未见报道，实践过程中热处理工艺参数的确1.2试验及测试方法定基本上依靠经验数据，具有一定的盲目性和随意性。试验前将测试果蔬放置在恒温试验箱（无锡市泰诺针对这一问题，在分析果蔬传热机理的基础上，建立了试验设备有限公司）内进行内外温度均一化处理，处理果蔬热处理过程的普适传热模型，对模型进行了数值求温度为22℃，处理时间为5h。热水浸泡法传热试验在恒解并进行了试验验证，旨在为采后果蔬热处理工艺参数

7、温水槽（宁波天恒仪器厂）内以全浸方式进行；热空气法试验在试验室的多功能恒温恒湿库[11]内进行。采用经收稿日期：2010-06-28修订日期：2010-11-24标准温度计标定的T型热电偶（天津中环仪表厂）测量基金项目：国家自然科学基金项目（51076112）；教育部博士点基金项目（200800560041）热处理果实温度变化，热电偶探针直径为1mm，测温精作者简介：尹海蛟（1983－），男，内蒙赤峰人，博士生，主要从事农产品度为±0.1℃。香瓜的测温在其赤道线周线位置处进行，黄低温冷藏及生物传热技术研