【摘要】：蘋果片是在保持蘋果原有風味的基礎(chǔ)上加工而成的一種休閑食品,而干燥是蘋果片加工的關(guān)鍵工藝。干燥實質(zhì)是蘋果組織水分由內(nèi)向外的遷移過程,在這個過程中蘋果組織結(jié)構(gòu)會發(fā)生一系列物理、化學和生物方面的變化,而這些變化都與蘋果組織內(nèi)的水分和溫度分布息息相關(guān),因此了解干燥過程中蘋果組織細胞結(jié)構(gòu)在不同時刻,不同位置處的水分及溫度,對提高蘋果片加工品質(zhì),降低能耗具有重要意義;另外,歐姆加熱作為一種可以有效提高蘋果片干燥速率的預處理手段,目前理論方面的相關(guān)研究較為缺乏。本文基于有限元仿真的研究手段,構(gòu)建蘋果片干燥的宏觀模型及微觀模型并試驗驗證,分析不同干燥條件下蘋果組織的干燥特性,以及不同細胞微觀結(jié)構(gòu)內(nèi)水分遷移規(guī)律,并基于宏觀模型和微觀模型分析歐姆加熱預處理對蘋果干燥特性的影響。(1)基于Voronoi多邊形構(gòu)建蘋果組織細胞微觀幾何模型。幾何模型細胞面積頻率分布與真實蘋果對比相似度較高,表明這種蘋果微觀幾何模型可以描述真實蘋果組織細胞結(jié)構(gòu)。(2)構(gòu)建蘋果組織內(nèi)水分遷移微觀模型并進行驗證。結(jié)果表明,不同風速條件下蘋果組織的水分比的模擬值和試驗值擬合很好,表明模型能夠很好的描述蘋果組織微觀結(jié)構(gòu)內(nèi)水分的遷移過程。根據(jù)微觀模型分析蘋果不同微觀結(jié)構(gòu)內(nèi)的水分遷移規(guī)律,發(fā)現(xiàn)蘋果組織表面失水速率比中心快100~1000倍;在干燥過程中細胞壁失水最快,細胞內(nèi)次之,細胞間隙失水最慢(3)建立蘋果片熱風干燥傳質(zhì)傳熱微觀模型及宏觀模型,并試驗驗證。結(jié)果表明模型能夠較好的描述蘋果片干燥過程中的水分和溫度變化,但宏觀模型相較于微觀模型更能反映蘋果片整體的含水率變化,但微觀模型中的水分分布更能反映蘋果片真實的干燥情況,并且宏觀和微觀模型的溫度分布情況高度相似;分析了熱風的溫度和風速對干燥特性的影響,在外界濕度不變的條件下,發(fā)現(xiàn)溫度越高,風速越大,蘋果片失水越快;并且風速的影響大于溫度;其次宏觀模型對蘋果片的干燥特性的描述優(yōu)于微觀模型。綜上所述,宏觀和微觀模型各有利弊:微觀模型更能真實反映蘋果組織內(nèi)的水分分布情況,而宏觀模型對于蘋果片干燥過程中水分變化的描述更為準確。(4)試驗研究不同歐姆加熱預處理條件對蘋果片熱風干燥特性的影響。結(jié)果表明,處理電場強度越大、溫度越高,熱風干燥速率越快;歐姆加熱預處理后的干燥速率常數(shù)變化范圍為0.01834~0.02191,均高于未處理的0.01726;歐姆加熱的電場強度和處理溫度越高,蘋果組織有效水分擴散系數(shù)越大。并基于宏觀模型分析發(fā)現(xiàn),歐姆加熱預處理可以有效提高蘋果片的干燥速率,并且歐姆加熱預處理和未處理的蘋果片對比明顯;并基于微觀模型分析蘋果細胞微觀結(jié)構(gòu)參數(shù)對蘋果干燥特性的影響,結(jié)果發(fā)現(xiàn),在干燥過程中P_m越大,細胞內(nèi)和細胞壁水分分布越均勻,這有利于蘋果片的進一步干燥;D_w越大,蘋果組織失水越快,但蘋果組織的水分特性參數(shù)對干燥速率的影響遠遠不及外界干燥條件的影響。
【圖文】：

4 幾何模型構(gòu)建的具體操作蘋果組織的細胞微觀結(jié)構(gòu)是極為復雜的，為了便于幾何模型的構(gòu)建，并節(jié)約后續(xù)模型仿真計算的時間，因此幾何模型建立了一個只包含 1200 個細胞的 1.1mm 厚果組織塊，根據(jù)模型需要也可以構(gòu)建尺寸更大的蘋果組織幾何模型。在 matlab的 Voronoi 圖的基礎(chǔ)上，將生成的 Voronoi 圖導入 CAD（2017）繪圖軟件以實現(xiàn)間隙和細胞壁的進一步構(gòu)建。 蘋果組織干燥過程的數(shù)學模型構(gòu)建1 蘋果片對流干燥的求解域?qū)τ诳諝鈱α鳝h(huán)境，設(shè)置空氣環(huán)境的求解域尺寸為 0.4m×1m，該尺寸遠遠大于試樣的尺寸 1.1mm×13.2mm，以保證干燥過程中空氣內(nèi)的相對濕度恒定，蘋果置于空氣環(huán)境求解域的中心位置，如圖 2-4 所示。圖 2-3 蘋果組織微觀幾何模型Fig.2-3 micro geometry of apple tissue無滑移壁

西北農(nóng)林科技大學碩士學位論文模型的驗證織在 3 組不同風速下失水 60s，樣本水分比隨時間的變化如圖,點為試驗值。在失水前期，組織含水率降低較快，之后含水率值和仿真數(shù)據(jù)基本吻合。60s 干燥時間下，，試驗數(shù)據(jù)和仿真值1m/s 和 2m/s 對流速度條件下，分別為 0.9970，0.9975 和 0.9表明蘋果組織微觀數(shù)學模型可以成功的描述對流條件下組織0.5m/s
【學位授予單位】：西北農(nóng)林科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TS255.42

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本文編號：2622415