【摘要】：食品超高壓加工是一項(xiàng)發(fā)展迅速并充滿前景的新技術(shù)。超高壓加工時(shí),在高壓腔內(nèi)壓力是各向均勻的,但由絕熱壓縮升溫導(dǎo)致的熱效應(yīng)卻是不均勻的,對(duì)超高壓加工有很復(fù)雜的影響。由于耐超高壓的測(cè)試設(shè)備欠缺,使得食品超高壓加工相關(guān)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)有限,成為超高壓加工新技術(shù)發(fā)展應(yīng)用的瓶頸。論文重點(diǎn)關(guān)注食品超高壓加工過程的熱效應(yīng),解決超高壓下壓力、溫度等關(guān)鍵參數(shù)測(cè)試與校正困難問題,開發(fā)適用于超高壓環(huán)境下的熱特性原位測(cè)量裝備,研究超高壓加工過程中物料的熱特性;從超高壓加工熱力學(xué)理論出發(fā),構(gòu)建超高壓下傳熱模型,運(yùn)用研究得到的超高壓下熱特性,利用計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)研究超高壓加工過程的溫度場(chǎng)分布與變化情況。論文在工程技術(shù)和基礎(chǔ)研究?jī)蓚�(gè)方面進(jìn)行創(chuàng)新,提升超高壓加工的理論和實(shí)際應(yīng)用水平。具體研究?jī)?nèi)容、方法和結(jié)果如下:1.建立了超高壓處理過程壓力、溫度等關(guān)鍵參數(shù)實(shí)時(shí)采集系統(tǒng),為超高壓下熱效應(yīng)問題研究提供了技術(shù)支撐�；趯�(shí)驗(yàn)室HPP/600MPa/5L型超高壓設(shè)備設(shè)計(jì)了超高壓下測(cè)試系統(tǒng),安裝壓力校正、耐高壓溫度檢測(cè)裝置,通過數(shù)據(jù)采集儀實(shí)現(xiàn)了高壓腔內(nèi)壓力和溫度的實(shí)時(shí)采集。設(shè)計(jì)并制作了聚甲醛套筒保溫容器,實(shí)現(xiàn)了超高壓下樣品溫度控制。超高壓下水-冰Ⅰ的相變壓力-溫度測(cè)試和水的絕熱壓縮升溫測(cè)試結(jié)果表明設(shè)計(jì)的測(cè)試系統(tǒng)準(zhǔn)確可靠。2.測(cè)定了物料在不同超高壓條件下(壓力:0.1~400 MPa,初始溫度:有機(jī)溶劑5℃和25℃,食品物料15℃~50℃)的絕熱壓縮升溫特性數(shù)據(jù),掌握了其絕熱壓縮升溫規(guī)律,建立了基于壓力和初始溫度的超高壓絕熱環(huán)境下物料溫度預(yù)測(cè)模型。絕熱壓縮升溫是超高壓加工過程熱效應(yīng)的直接來源,利用設(shè)計(jì)的超高壓下測(cè)試系統(tǒng)測(cè)定了甲醇等6種有機(jī)溶劑,豆腐、面團(tuán)以及豬肉等3種食品物料的絕熱壓縮升溫特性。結(jié)果表明,有機(jī)溶劑在超高壓處理過程中的絕熱壓縮升溫幅度較大(最大達(dá)到了約44℃/400MPa),溫度的升高率隨壓力的增大而降低,初始溫度對(duì)其絕熱壓縮升溫值影響較小。水和食品物料的絕熱溫升率隨壓力的增大無明顯降低現(xiàn)象,初始溫度越高,絕熱壓縮升溫值越大。建立的基于壓力和初始溫度的超高壓絕熱環(huán)境下物料溫度的預(yù)測(cè)模型擬合效果良好。3.研制了超高壓下食品熱傳導(dǎo)系數(shù)快速測(cè)量熱探針,測(cè)定了食品在不同超高壓條件下(壓力:0.1~400 MPa,溫度:25℃~55℃)的熱傳導(dǎo)系數(shù),建立了基于壓力和溫度的食品熱傳導(dǎo)系數(shù)預(yù)測(cè)模型。在設(shè)計(jì)的超高壓下測(cè)試系統(tǒng)和掌握物料在超高壓處理過程中絕熱壓縮升溫特性的基礎(chǔ)上,根據(jù)線熱源瞬態(tài)傳熱理論,結(jié)合超高壓極端環(huán)境的特殊性,研制了適用于超高壓條件下的食品物料熱傳導(dǎo)系數(shù)測(cè)量裝置(熱探針),并用1.5%的瓊脂凝膠對(duì)熱探針進(jìn)行了標(biāo)定實(shí)驗(yàn)。測(cè)量了豆腐、面團(tuán)和豬肉在超高壓下的熱傳導(dǎo)系數(shù)。結(jié)果表明,熱探針的校正因子與壓力、溫度及其交互作用之間無相關(guān)關(guān)系,研制的熱探針的校正因子為1.006;在壓力和溫度一定時(shí),食品的熱傳導(dǎo)系數(shù)主要由其組成成分決定,溫度一定時(shí),食品的熱傳導(dǎo)系數(shù)隨著壓力的增大而增大,但隨壓力增大的增長(zhǎng)率逐漸下降,壓力一定時(shí),食品的熱傳導(dǎo)系數(shù)隨著溫度的升高而增大。提出的基于壓力和溫度的二次多項(xiàng)式模型能夠較好地預(yù)測(cè)一定條件下(壓力:0.1~400 MPa,溫度:25℃~55℃)幾種食品的熱傳導(dǎo)系數(shù)。4.將超高壓腔體數(shù)字化建模,分析了超高壓加工過程涉及的熱力學(xué)過程,利用計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)軟件Fluent模擬了超高壓加工過程中高壓腔的溫度場(chǎng)分布與變化,并進(jìn)行了實(shí)際測(cè)試驗(yàn)證,為模擬食品超高壓加工過程的動(dòng)態(tài)溫度場(chǎng)提供了方法基礎(chǔ)。結(jié)果表明,計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬技術(shù)可以方便快捷地分析超高壓加工過程中高壓腔的溫度場(chǎng)分布與變化情況,模擬與實(shí)際測(cè)試結(jié)果基本吻合。壓力和初始溫度均能顯著影響超高壓加工過程中高壓腔的溫度場(chǎng)分布和變化,壓力提高,溫度場(chǎng)分布更加不均勻,隨時(shí)間變化更快,初始溫度提高,溫度場(chǎng)在空間上的均勻性提高,隨時(shí)間變化更快。5.以豬肉為食品物料代表,用Fluent模擬了食品超高壓加工過程中高壓腔內(nèi)的溫度場(chǎng)分布與變化,分析了壓力、初始溫度和樣品尺寸對(duì)加工過程溫度場(chǎng)的影響,動(dòng)態(tài)模擬技術(shù)將有助于分析熱效應(yīng)對(duì)超高壓食品加工的具體影響。結(jié)果表明,在超高壓加工食品的過程中,食品物料、傳壓介質(zhì)和高壓腔體之間存在顯著的溫度梯度,且隨時(shí)空不斷變化,數(shù)值模擬技術(shù)能夠動(dòng)態(tài)分析展現(xiàn)其溫度場(chǎng)的分布與變化。壓力越高,被處理食品樣品的溫度場(chǎng)分布越不均勻,且變化更快;初始溫度的提高對(duì)豬肉樣品超高壓加工過程中的溫度場(chǎng)影響很小;相同條件下,樣品尺寸增大會(huì)使保壓過程中樣品的溫度場(chǎng)更加不均勻。
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TS205
【圖文】：

圖 1.1 絕熱壓縮模型示意atic diagram of adiabatic co系統(tǒng)的能量平衡方程為Q=W+ΔU 熱量，W 為系統(tǒng)做的功絕熱過程，則 Q=0，外在表現(xiàn)就是物料的溫表示為溫度 T 和壓力 P有：dS =( S T)PdT+( S P)T溫是可逆過程，系統(tǒng)熵( S T)PdT+( S P)TdP =

存在于管路中）的階段，即圖中 t2至 t3時(shí)間段�？旌芏�，因?yàn)樾秹哼^程相對(duì)簡(jiǎn)單，只要將卸壓閥階段，伴隨著壓力的瞬間釋放，樣品和傳壓介質(zhì)型的絕熱膨脹降溫過程。卸壓完成時(shí)，樣品和傳時(shí)的溫度，這是因?yàn)樵谠鰤汉捅哼^程中其與外

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本文編號(hào)：2734412