為了研究冷凍豬肉在高真空度下（100Pa）解凍過(guò)程中溫度分布和解凍速率的變化規(guī)律以及解凍對(duì)產(chǎn)品品質(zhì)的影響,以空氣自然解凍為對(duì)照,采用有限元分析軟件COMSOLMultiphysics,建立豬肉三維數(shù)學(xué)模型對(duì)真空解凍過(guò)程進(jìn)行了數(shù)值模擬計(jì)算,并與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比,驗(yàn)證了解凍模型的可靠性,為真空解凍的理論研究提供了參考。結(jié)果表明:真空解凍和空氣解凍模擬所得時(shí)間分別為8.90 h和27.30 h,而試驗(yàn)測(cè)得結(jié)果分別為8.83 h和28.40 h,真空解凍速率明顯快于空氣解凍,而且兩者模擬結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果誤差分別為0.79%和4.03%,誤差均較小;真空解凍后豬肉的保水性（解凍損失率和蒸煮損失率）、pH值和質(zhì)構(gòu)性（硬度、彈性、咀嚼度等）均優(yōu)于空氣解凍（P<0.05）,即與空氣解凍相比,真空解凍能更好地保持冷凍豬肉解凍后的品質(zhì)。該結(jié)果對(duì)豬肉真空解凍的深入研究也有一定的參考意義。 

【文章來(lái)源】：農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào). 2020,36(20)北大核心EICSCD

【文章頁(yè)數(shù)】：9 頁(yè)

【部分圖文】：

豬肉三維網(wǎng)格模型圖Fig.23Dmeshmodelofpork

?料的默認(rèn)值，數(shù)值如表1所示。表1傳熱模型中的定量參數(shù)Table1Quantitativeparametersinheattransfermodels參數(shù)Parameter數(shù)值Value單位Unit豬肉的密度961kg·m-3水的潛熱waterL335kJ·kg-1外界溫度extT15℃初始溫度0T-18℃冰的比熱容icePC4.2kJ·kg-1·K-1水的比熱容waterPC2.1kJ·kg-1·K-12.2濕空氣冷凝模型2.2.1幾何模型和假設(shè)條件研究對(duì)象具有較好的對(duì)稱(chēng)性，計(jì)算取1/2部分進(jìn)行分析。模型尺寸以實(shí)際箱體的大小設(shè)計(jì)，如圖3所示，網(wǎng)格劃分了3359個(gè)，平均網(wǎng)格邊長(zhǎng)為3.35mm。假設(shè)條件如下：1）將冷凝溫度場(chǎng)視為二維，即忽略第三方向上流體速度、濕度等變化；2）解凍肉的溫度變化對(duì)解凍箱內(nèi)空氣流動(dòng)的影響很小，流動(dòng)可以被當(dāng)成穩(wěn)態(tài)；3）濕空氣只通過(guò)熱傳導(dǎo)和水蒸氣凝結(jié)兩種方式與肉發(fā)生熱交換；4）流入的空氣相對(duì)濕度為飽和狀態(tài)，濕空氣在過(guò)飽和時(shí)只在肉表面發(fā)生凝結(jié)。圖3解凍箱內(nèi)濕空氣的二維幾何模型及網(wǎng)格的劃分Fig.32Dgeometricmodelandmeshdivisionofwetairinthawingbox2.2.2層流模型經(jīng)計(jì)算該流動(dòng)在常壓下的雷諾數(shù)Re<500，而100Pa壓力條件下空氣密度更小，所以該流場(chǎng)為層流流動(dòng)。在層流物理場(chǎng)中，濕空氣從真空箱體側(cè)面的入口以0.6m/s的速度流入，在箱體頂端由真空泵抽出。由于模型具有較好的對(duì)稱(chēng)性，因此將幾何邊界定義為對(duì)稱(chēng)邊界條件，剩余邊界定義為絕緣。層流在二維空間下黏性可壓縮流體的Navier-Stokes方程airuu=-pIF（11）airu0（12）air23TFuuuI（13）式中air為

第20期李賀強(qiáng)等：真空條件下豬肉解凍過(guò)程的模擬與試驗(yàn)315evapvevapqLg（19）式中evapg為蒸發(fā)通量，g/(m2·s)；vL為蒸發(fā)潛熱，J/g。蒸發(fā)通量與空氣中的相對(duì)濕度有關(guān)。在“空氣中的水分輸送”物理場(chǎng)中，將肉表面對(duì)應(yīng)的邊界設(shè)置為“潮濕表面”，即可在該表面計(jì)算蒸發(fā)通量。蒸發(fā)通量的計(jì)算公式為evapsatsatlevapsatl-000VVVVMKcccccgccc或≤或（20）式中evapK為蒸發(fā)速率因子，m/s；lc為表面上的液態(tài)水濃度，mol/m3。根據(jù)蒸發(fā)通量的定義，當(dāng)發(fā)生凝結(jié)時(shí)，表面的水分濃度應(yīng)當(dāng)大于濕空氣的飽和濃度，豬肉表面附近的濕空氣應(yīng)當(dāng)為過(guò)飽和，即豬肉通過(guò)熱傳導(dǎo)使空氣降溫，周?chē)諝獾臐穸冗_(dá)到過(guò)飽和，然后蒸汽中的水分凝結(jié)在豬肉表面，進(jìn)一步放出熱量。模型中使用的其他定量參數(shù)以COMSOL軟件中材料的默認(rèn)值為準(zhǔn)，如表2所示。表2冷凝模型中的參數(shù)Table2Parametersinthecondensationmodel參數(shù)Parameter數(shù)值Value單位Unit濕空氣的密度air0.0012kg·m-3動(dòng)力黏度1.5×10-5Pa·s絕對(duì)溫度Tair15℃水蒸氣的摩爾質(zhì)量VM18g·mol-1相對(duì)濕度100%3結(jié)果與分析3.1數(shù)值模擬結(jié)果3.1.1真空解凍過(guò)程豬肉中心截面的溫度分布圖4反映了解凍過(guò)程中肉塊內(nèi)部的溫度分布。在解凍初期，由于肉塊表面與箱體內(nèi)的濕空氣存在較大溫差，大量水蒸氣在肉塊表面冷凝并放出熱量，肉塊表面溫度迅速上升，但肉塊內(nèi)部還未發(fā)生相變，內(nèi)部溫度依然較低；當(dāng)解凍時(shí)間處于2.5h～7.5h之間，肉塊云圖內(nèi)部低溫區(qū)域逐漸縮小，但變化速率較為緩慢，此階段肉塊由外向內(nèi)開(kāi)始發(fā)生相變，需要消耗大量熱量；當(dāng)解

【參考文獻(xiàn)】：
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