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作者首先对CFD技术进行了简单介绍,并对采用CFD技术模拟食品加工过程中的传热过程的研究现状进行了综述,探讨了采用CFD对这些传热传质过程进行数值模拟的优势。
在进行CFD研究的过程中,需要调用食品的热物性数据。而在冻结过程中,食品的热物性会发生剧烈的变化,这是因为食品中含有大量的水,食品在冻结阶段水分发生相变,食品中的水分大部分结成冰晶,而水的热物性和冰的热物性有很大的差别,这就导致了食品热物性在冻结过程中发生较大变化。本文也讨论了食品热物性模型的重要性,并根据已有的食品热物性经验公式进行编程,利用visualbasic软件编制了“食品热物性计算器”,只要输入食品的组分数据和食品的初始冻结点,就可以算出食品在任意温度点的物性参数(密度、热导率和比热容),有了这些数据后在解算器FLUENT中就可以采用插值法进行调用。
为了使模拟结果能和实际情况一致,作者对一具体的冻结装置进吁实验研究,以确定数学模型的初始条件和边界条件,并根据实验数据来确定物理模型的几何尺寸。在完成了实验准备以后,作者使用前处理软件GAMBIT建立食品冻结过程的几何模型并对其进行网格划分,设定其边界类型;之后导入到解算器FLUENT中建立食品冻结过程的数学模型,并设定材料物性、初始条件、边界条件等,接着开始食品冻结过程的非稳态迭代计算;运算完成后,使用FLUENT的后处理功能可以得到冻结过程的速度场、非稳态温度场、紊流强度场等,通过这些数据,我们可以从理论上详细地分析冻结过程中温度的变化规律,并分析其变化的原因。通过将模拟得到的数据和实验数据对照可以发现,模拟结果和实验数据能较好地吻合,这说明本研究有一定的实用价值,通过模拟可以得到食品速冻加工所需的冻结时间,从而可以为合理安排速冻加工工艺流程、减少冻结装置能耗提供参考。