叶菜的清洁高效生产和周年均衡供应事关城市菜篮子工程。叶菜工厂化生产技术因其在减小自然条件制约、保障叶菜周年均衡供应、缓解市场波动等方面的优势得到了迅速发展。叶菜定植盘全程机械化自动化清洗是叶菜工厂化生产技术的一个重要环节。水射流清洗技术由于其对环境污染小、设备通用性强、清洗效率高、清洗成本低等优点逐渐取代手工清洗、机械清洗与化学清洗,得到了快速发展与广泛应用。针对工厂化叶菜定植盘清洗问题,根据水射流清洗理论,采用台架清洗试验和数值模拟试验开展了清洗工艺的优化研究,提高工厂化叶菜定植盘清洗系统的清洗能力。结合叶菜工厂化生产实际,设计了一款工厂化叶菜定植盘清洗装置,试制调试后在叶菜工厂化生产车间开展了生产验证,提出了清洗效果评价准则与感官评价方法。本研究对叶菜工厂化生产中清洗装备的研发与应用进行了探索,实现了叶菜定植盘清洗全程机械化和自动化,对叶菜工厂化生产技术的推广起到一定的推动作用。主要研究内容如下:(1)结合工厂化叶菜生产实际,搭建了清洗试验台架。根据试验条件,制备清洗涂层,借助ImageJ图像处理软件测量清洗面积,以清洗面积占比为指标,开展了水射流锥角、靶距、冲击角、扇形喷嘴出口孔径等清洗工艺参数的单因子试验。试验得到各因子最优值分别为水射流锥角选定65°、水射流优选靶距在20-50mm范围、水射流冲击角优选范围在0-30°、扇形喷嘴出口孔径选定3.5mm。在单因子试验确定的优选范围内,以靶距和冲击角作为因子,以清洗面积占比为指标,实施二元二次回归正交组合试验方案,通过清洗试验获得数据。借助DesignExpert软件,建立了响应值与两因子之间的回归方程,通过三项检验给出置信区间。进一步在回归方程基础上,以清洗面积占比最大值为优化目标,找到优化后靶距为45mm、冲击角为5°。(2)采用一系列技术手段获得了喷嘴内部结构参数。借助solidworks软件完成扇形喷嘴水射流计算区域建模,并在Gambit软件中采用宏观非结构化网格划分方法,在空间上对计算区域实施离散化;然后采用标准k-ε湍流模型与VOF多相流模型,借助fluent软件采用有限体积法建立离散方程,在动量、体积分数、湍流动能、湍流耗散率等的插值计算中采用一阶迎风格式,流场初始条件设置计算区域内全为空气,设置进口inlet为0.4MPa压力入口边界,出口outlet为0.1MPa压力出口边界,建立了扇形喷嘴水射流计算模型。流场迭代求解方法采用simple算法,计算收敛。为验证计算模型的正确性,开展理论计算与试验验证。扇形喷嘴出口处水射流速度仿真值与理论值的误差为7%;扇形喷嘴水射流流量仿真值与试验值的误差为4.7%。借助数值模拟控制试验误差、改善试验可重复性,可视化了扇形喷嘴水射流流场,分析了扇形喷嘴水射流结构,获取了靶面冲击压强与剪切应力分布情况。(3)通过扇形喷嘴水射流数值模拟标定,确定靶面冲击压强阈值10000Pa的覆盖宽度可作为量化指标,表征清洗能力,从而开展数值模拟试验研究。通过分析工厂化叶菜定植盘清洗系统中靶距、冲击角两个清洗工艺参数对清洗能力的影响,获得扇形喷嘴工作参数与清洗能力的变化关系,可指导扇形喷嘴清洗系统工作参数的设置。通过喷嘴布置距离数值模拟试验研究,给出工厂化叶菜定植盘清洗系统在投入生产运行时确定两喷嘴布置距离参考值为57mm。(4)根据清洗工艺参数的设置规律,结合工厂化叶菜生产实际,完成工厂化叶菜定植盘清洗装置的机械结构设计与水循环系统设计。试制调试后开展工厂化叶菜定植盘清洗系统投入生产运行的作业效果验证。采用作业计时法测试工厂化叶菜定植盘清洗装置的作业效率。采用擦拭称重法对比堆置存放与连续生产两种定植盘生产条件对清洗后残留污物的影响。针对工厂化叶菜定植盘清洗实际,提出清洗效果综合评价准则表与评价方法。根据清洗效果综合评价结果,工厂化叶菜定植盘清洗装置实施连续生产条件下定植盘的清洗作业对应清洗效果最佳。(5)经工厂化叶菜定植盘清洗系统生产验证确定,本研究工厂化叶菜定植盘清洗系统的清洗工艺参数应设置为:扇形喷嘴出口孔径选定3.5mm,水射流锥角选定65°,水射流靶距60mm,水射流冲击角5度,两喷嘴布置距离57mm。本研究定植盘垢层去除的强度极限为冲击压强10000Pa。经过生产验证,工厂化叶菜定植盘清洗系统投入生产运行的作业效果理想。工厂化叶菜定植盘清洗装置清洗效果达到工厂化叶菜生产要求。