白菜真空預(yù)冷熱質(zhì)遷移模型及實(shí)驗(yàn)分析

白菜真空預(yù)冷熱質(zhì)遷移模型及實(shí)驗(yàn)分析以柱狀白菜為研究對(duì)象，建立了熱質(zhì)遷移數(shù)學(xué)模型，并對(duì)該模型采用實(shí)驗(yàn)的方法加以驗(yàn)證。在設(shè)定真空壓力狀況下，就真空室內(nèi)的壓力變化，白菜自身溫度變化，真空室內(nèi)相對(duì)濕度變化以及白菜質(zhì)量損失情況，模擬與試驗(yàn)開展了比照，其結(jié)果相接近。文章分析了試驗(yàn)過程參數(shù)變化的機(jī)理及誤差產(chǎn)生的原因，模型對(duì)柱狀蔬菜真空預(yù)冷的理論研究有參考價(jià)值。

真空預(yù)冷就是通過在真空條件下,使食品中的自由水迅速在真空室內(nèi)以較低的溫度蒸發(fā),水蒸發(fā)吸熱,在沒有外界熱源的情況下,食品自身溫度降低而產(chǎn)生制冷效果的。真空預(yù)冷技術(shù)冷卻速度快,能延長(zhǎng)食品的貯藏時(shí)間和貨架壽命,消除異味,改善食品質(zhì)量,操作方便,而且不受食品外部形狀的限制。上世紀(jì)中葉，真空預(yù)冷技術(shù)就已經(jīng)開始在日本，美國(guó)等國(guó)家的冷藏運(yùn)輸環(huán)節(jié)中發(fā)揮作用，大大促進(jìn)了其低溫冷藏鏈的發(fā)展。真空技術(shù)網(wǎng)也曾經(jīng)做過相關(guān)的報(bào)道。我國(guó)真空預(yù)冷技術(shù)起步較晚，從八十年代中期才開始開展真空預(yù)冷技術(shù)和設(shè)備的研究工作，但是發(fā)展十分迅速，尤其是在東南沿海的許多城市。目前真空預(yù)冷保鮮技術(shù)廣泛應(yīng)于蔬菜、鮮花、食用菌、水果等新鮮果蔬原料及制品的采后及時(shí)保鮮處理。國(guó)內(nèi)外關(guān)于這方面的研究很多，也建立了很多數(shù)學(xué)模型，但是許多模型對(duì)描述傳熱過程比較準(zhǔn)確，描述傳質(zhì)過程誤差較大，主要問題是在傳質(zhì)過程要發(fā)生氣液相變，而且壓力在不斷地下降，是典型的非穩(wěn)態(tài)過程。

柱狀白菜是北方冬季的主要蔬菜作物，新鮮白菜采收后,其呼吸作用、蒸發(fā)作用及其他許多生理變化通常會(huì)加速產(chǎn)品老化、萎凋及黃化；受環(huán)境溫度的影響,水分大量蒸發(fā),自身的營(yíng)養(yǎng)和水分持續(xù)消耗,迅速萎焉,鮮度降低,使貨架期大大縮短。為了克服上述問題,在進(jìn)入流通之前,需對(duì)白菜開展真空預(yù)冷處理。但真空預(yù)冷會(huì)造成白菜失水。失水會(huì)對(duì)白菜的質(zhì)量存在一定的負(fù)面影響。深入研究真空冷卻過程中的熱質(zhì)遷移具有重要的理論意義和實(shí)際意義。作者從理論上分析了柱狀白菜在真空冷卻條件下其內(nèi)部熱質(zhì)遷移過程,建立了熱質(zhì)遷移數(shù)學(xué)模型，并通過實(shí)驗(yàn)與仿真比照，驗(yàn)證模型的正確性。

1、白菜熱質(zhì)數(shù)學(xué)模型的建立及實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

白菜為圓柱形，在建立傳熱傳質(zhì)模型時(shí),對(duì)其做以下假定：傳熱是非穩(wěn)態(tài)的；白菜的徑向換熱率遠(yuǎn)大于其它方向；白菜各向同性；試驗(yàn)初始時(shí)刻，白菜的溫度和水分是均一的；白菜的熱物性是常數(shù)（熱導(dǎo)率，熱擴(kuò)散率和比熱）。

1.1、數(shù)學(xué)模型的建立

結(jié)合白菜特點(diǎn)，假設(shè)白菜為直徑D=100mm，高h(yuǎn)=200mm的一個(gè)圓柱體,如下列圖所示。

圖1白菜物理模型簡(jiǎn)圖

3、結(jié)論

白菜是一種適合真空預(yù)冷的理想蔬菜，白菜真空預(yù)冷的過程實(shí)際上就是白菜自身熱質(zhì)遷移的過程，是依靠在真空狀態(tài)下白菜自身水分的吸熱蒸發(fā)而降溫，并通過熱傳導(dǎo)方式將溫度趨于一致的過程。本文以白菜作為柱狀蔬菜的典型代表，建立了真空預(yù)冷的熱質(zhì)遷移模型，并通過實(shí)驗(yàn)的方式，分析了柱狀蔬菜白菜在真空預(yù)冷實(shí)驗(yàn)過程中，真空壓力，白菜溫度及真空室內(nèi)相對(duì)濕度和白菜質(zhì)量損失的情況，驗(yàn)證了模型與實(shí)際情況基本相吻合。但該數(shù)學(xué)模型存在誤差,這主要是因?yàn)椋涸谀M的過程中忽略了熱輻射的影響，適當(dāng)考慮熱輻射的影響因素，將會(huì)減少與實(shí)驗(yàn)的誤差，提高模擬的準(zhǔn)確性；所建立的柱狀模型，質(zhì)地均勻，整體一致，但事實(shí)上白菜葉部與根部情況及芯部與外部情況差異很大，所以實(shí)驗(yàn)結(jié)果與仿真結(jié)果存在偏差，可以采用試驗(yàn)的方式進(jìn)一步修正模型中的相關(guān)實(shí)驗(yàn)參數(shù)，如水份擴(kuò)散系數(shù)D等；試驗(yàn)中，測(cè)點(diǎn)位置的選擇及探針的