【摘要】：食品熱處理過程中,含濕非飽和多孔介質(zhì)傳熱傳質(zhì)過程的研究是一個涉及面廣、難度大而又具有廣泛工程應(yīng)用價(jià)值的課題。熱處理過程中,顆粒與加熱介質(zhì)通過對流換熱獲得能量,使顆粒表面溫度迅速升高,進(jìn)而使表面水分蒸發(fā)帶走大量潛熱,同時(shí),在濃度梯度、溫度梯度和壓力梯度的驅(qū)動下,顆粒內(nèi)部水分?jǐn)U散至表面完成蒸發(fā)。整個過程高度復(fù)雜,涉及多相物質(zhì)的熱/質(zhì)傳遞過程,各過程相互耦合且是非穩(wěn)態(tài)。對于爆炒等非穩(wěn)態(tài)特征顯著及顆粒水分快速蒸發(fā)的熱處理,傳統(tǒng)分析手段如正交試驗(yàn)、響應(yīng)面模型等,無法對熱/質(zhì)傳遞過程進(jìn)行全局分析,難以獲得顆粒的全局溫度歷史,而溫度歷史又是動力學(xué)計(jì)算和品質(zhì)分析的依據(jù),在熱處理驗(yàn)證、工藝優(yōu)化中起到基礎(chǔ)性作用。因此,數(shù)值模擬技術(shù)是研究爆炒等食品熱處理過程中熱/質(zhì)傳遞過程的必須手段。食品熱處理數(shù)值模擬領(lǐng)域在大量研究者的不懈努力下取得了長足的發(fā)展、形成了眾多研究成果,但長期未能解決有水分蒸發(fā)的顆粒熱處理數(shù)值模擬問題。已構(gòu)建的熱/質(zhì)傳遞數(shù)學(xué)模型,或忽略水分蒸發(fā)或忽略水分傳質(zhì)控制方程或忽略顆粒的多孔介質(zhì)屬性。本文在Datta于2007年構(gòu)建的油炸過程熱/質(zhì)傳遞模型的基礎(chǔ)上,基于多孔介質(zhì)傳遞理論,構(gòu)建了有顆粒表面水分蒸發(fā)的、多相的非飽和多孔介質(zhì)熱/質(zhì)傳遞數(shù)學(xué)模型,模型包含5個二階偏微分控制方程、5個初始條件、5個邊界條件、26個附加方程及42個參數(shù),并利用COMSOL Multiphysics 5.1多物理場有限元軟件建立了求解方法,攻克了長期未能解決的帶水分蒸發(fā)的顆粒熱處理高準(zhǔn)確度、全局的數(shù)值模擬問題。構(gòu)建的熱/質(zhì)傳遞數(shù)學(xué)模型,是理論模型而非經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?具有普適性,經(jīng)合理調(diào)整后可應(yīng)用于其它食品熱處理過程的分析研究。本文對中式烹飪的典型工藝-爆炒過程-進(jìn)行熱/質(zhì)傳遞過程分析�？紤]到爆炒過程的技術(shù)特征,采用油浴鍋模擬烹飪爆炒過程,通過開啟油泵使油脂與顆粒產(chǎn)生相對運(yùn)動,開展顆粒溫度采集和水分含量測定,獲得過程參數(shù)。同時(shí)采用建立的模型對豬里脊肉爆炒過程進(jìn)行數(shù)值模擬,得到了豬里脊肉顆粒的溫度和水分含量分布,并分析了水分蒸發(fā)對顆粒溫度分布的影響。采用LSTD法和相關(guān)系數(shù)法對模擬結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比較,結(jié)果表面模擬值與試驗(yàn)值吻合,證明了模型的可靠性。同時(shí),利用構(gòu)建的數(shù)學(xué)模型和求解方法,初步分析了豬里脊肉顆粒傳熱學(xué)尺寸、物性參數(shù)和加熱介質(zhì)溫度、攪拌強(qiáng)度對顆粒傳熱過程的影響。為研究爆炒過程攪拌頻率、鍋底到火源距離對食品體系吸熱功率的影響,通過構(gòu)建爆炒過程食品體系傳熱學(xué)控制方程,結(jié)合實(shí)驗(yàn)傳熱學(xué)手段,建立了分析測定爆炒過程食品體系吸熱功率的方法。結(jié)果表明,攪拌頻率相同時(shí),食品體系吸熱功率隨鍋底到火源距離增大而線性減小;鍋底到火源距離相同時(shí),食品體系吸熱功率隨攪拌頻率增加而線性增大。同時(shí),采用油脂替代法,研究蔥爆五花肉、魚香肉絲烹飪過程中食品體系吸熱功率,其平均和峰值吸熱功率分別為3.17 kW、2.93 kW以及5.32 kW、5.94 kW。誤差分析表明,油脂替代法研究實(shí)際爆炒過程食品體系吸熱功率具有工程價(jià)值。
【學(xué)位授予單位】：貴州大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TS972.11
【圖文】：

參數(shù) z 值和顆粒的溫度時(shí)間關(guān)系是上述動力學(xué)函數(shù)計(jì)算 z 值有成熟的、可靠的測定方法。由于中式烹飪原料種。文獻(xiàn)[20, 21]也積累了較多的數(shù)據(jù)，如在油炒過程中菠分別為 55 ℃、30 ℃和 33 ℃。因此，顆粒的溫度歷的關(guān)鍵。構(gòu)建了典型中式烹飪工藝的化優(yōu)數(shù)學(xué)模型：以終點(diǎn)成過熱值最小為目標(biāo)函數(shù)；以熱/質(zhì)傳遞數(shù)學(xué)模型為控制件為優(yōu)化變量，見圖 1-1。顯然，求解控制方程從而獲型計(jì)算的基礎(chǔ)。析可知，獲得顆粒的溫度-時(shí)間歷史是研究火候?qū)ε腼償?shù)計(jì)算、烹飪優(yōu)化數(shù)學(xué)模型分析的關(guān)鍵所在。

2017 屆貴州大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文和質(zhì)量控制方程，將擴(kuò)散系數(shù)設(shè)置為溫度的函數(shù)，使能程相互耦合。在文獻(xiàn)[25]的結(jié)果與討論中，給出了加熱中心點(diǎn)的溫度-時(shí)間變化曲線，在加熱前半段溫度與試段試驗(yàn)溫度明顯低于模擬溫度，見圖 1-2。出現(xiàn)模擬結(jié)原因在于忽略了水分蒸發(fā)帶走的熱量。

質(zhì)的屬性；（4）基于多孔介質(zhì)傳傳遞數(shù)學(xué)模型，至此模型的完整不吻合�？梢钥闯�，解決多孔介重要奮斗目標(biāo)，也是熱處理領(lǐng)雜性，導(dǎo)致模擬熱/質(zhì)傳遞過程質(zhì)傳遞數(shù)學(xué)模型，這是一個不可多孔介質(zhì)傳遞理論深入研究烹熱/質(zhì)傳遞過程的迫切性術(shù)特征，文獻(xiàn)[44]建立了中式烹、反應(yīng)動力學(xué)、熱處理驗(yàn)證和飪研究體系的關(guān)鍵基礎(chǔ)。

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本文編號：2743775