包装对食品冻结过程的影响研究-论文.pdf

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1、2014年7月农业机械学报第45卷第7期doi：10．6041／j．issn．1000—1298．2014．07．027包装对食品冻结过程的影响研究术王贵强邹平华刘明生刘永鑫(哈尔滨工业大学市政环境工程学院，哈尔滨150090)摘要：通过模拟和实验方法研究食品包装对冻结过程的影响，首先，使用CFD方法模拟食品的冻结条件，包括食品周围空气的温度、流动速度及紊流强度等空气参数，以此来计算得到食品的表面传热系数，然后使用自然对流和辐射换热经验公式计算食品与包装材料之间的空气层内的传热过程，在食品内部每一点应用傅里叶导热公式模拟食品内部的传热过程，最后使用迭代方法将这几部分计算结合起来。

2、在一实际的小型冷库中进行不同包装材料食品的冻结实验，以验证模型的准确性。结果表明，相对于传统的空气层热阻处理方式，该模型能够获得更加准确的计算结果，与实验结果吻合较好。不同包装材料的食品降温曲线差别较大，包装材料与食品之间的空气层对食品冻结过程有很大的影响，其热阻在整个过程中是不断变化的，变化趋势与食品降温曲线相反。关键词：食品冻结包装空气层数学模型中图分类号：TB69文献标识码：A文章编号：1000．1298(20t4)07．0171—06往往会低估冻结过程的潜热量¨⋯。引言很多食品置于包装中进行冻结，以冻结分割肉冷库中通常使用强制空气循环对食品进行降温为例，食品表面包裹有一层

3、聚乙烯薄膜，然后放入纸冻结。食品内部的导热过程使热量不断向外传递，盒或铁盒冻结⋯，在食品和外层包装之间往往留有食品温度下降，在食品表面，冷空气通过对流换热带一定空隙。由于外包装的阻隔作用，食品向外界空走了食品热量，同时食品内部的水分不断向表面扩气的水分传递往往可以忽略不计。对于包装材料与散，以补充食品表面的水分流失⋯。实际很多食品食品之间的空气层，很多学者使用空气导热系数计都包裹在包装材料中，包装能够有效阻挡食品的算其热阻，将其模拟成单纯的导热过程¨。用这种水分流失，降低食品的干耗，同时减小外界环境温度方法计算得到的热阻会有很大的误差，因为在空气波动对于食品的影响。对于食品自身而

4、言，食品的层的封闭空间内往往会发生自然对流，同时食品表冻结条件不但包括食品外部的空气温度、流速、紊流面与包装材料之间的辐射换热也不能忽略。强度等空气参数，还应该包括包装材料的影响。本文主要研究包装材料对食品冻结的影响，使由于食品冻结实验花费大、耗时长，近年来数值用解耦方法将食品的冻结过程模拟分成3部分，包模拟在食品冻结研究中得到了越来越多的应用。实括食品冻结条件的模拟、包装材料内部空气层的模际食品的形状及摆放形式复杂多样，使食品所处空拟以及食品内部的传热过程模拟，结合冻结实验与气流场环境往往非常复杂，在这种情况下，使用传统传统空气层热阻方式的结果，对冻结过程中包装材解析法无法计算

5、食品放热过程，而基于计算流体料的影响进行研究。力学(CFD)的数值模拟可以较为准确地模拟得到食1数学模型品周围的空气参数，进而计算得到食品的表面传热系数，而在食品内部，应用数值模拟可以同时模1．1食品冻结条件的模拟拟食品内部的传热传质过程。以往的研究主要本文的研究对象是带有包装的分割肉，由于包集中在对单体食品处于复杂流场环境下的传热传质装的阻隔作用，不考虑食品向外界空气的水分散失。耦合计算，而对于同时冻结大量食品的大型冷库研将食品放入一个强制空气循环冻结间中，该冻结间究较少。另外，在CFD模型中，通常使用表观比热使用冷风机作为制冷设备，冻结问几何尺寸为容法来处理食品冻结过程中的潜

6、热释放，这种方法4．05m×2．52mx2．32m，其外形结构如图1所示，收稿日期：2Ol4—02—28修回日期：2014—03—15黑龙江省自然科学基金面上项目(E201309)作者简介：王贵强，博士生，主要从事冷库节能优化研究，E-mail172农业机械学报图2食品的几何形状Fig．2Geometryofpackagedfood图1冻结间外形结构Fig．1Geometryofair—blastfreezer的模拟。在空气层中，传热过程主要表现为自然对流和辐射换热。对于水平封闭空间，当空气层的底食品置于冷风机出口轴平面上。层表面温度高于顶层表面温度的时候，自然对流就使用CFD方

7、法可以有效地模拟食品冻结过程会发生¨。可以通过经验公式计算得到空气层的中库房内的空气参数分布，假设食品的表面传有效导热系数，即热系数在整个冻结过程中保持不变。一般来说，当考虑自然对流的时候，食品的表面传热系数会随着ke空气流场变化而发生改变。有研究表明，当空气流-c(G(麦)(1)速大于0．5m／s时，自然对流的影响就可以忽略不式中尼——空气层的有效导热系数计，在冻结间中，为了保证冻结质量，一般要求掠——空气导热系数过食品表面的风速达到1—2m／s，所以在模型中忽G、Pr——格拉