以蒸汽为热源的液态食品传导加热过程中,为了达到杀菌和灭菌要求,通常存在热量损失严重、管路结焦等问题,微波凭借其不需要传热介质的介电加热方式,具有从根本上解决此类问题的本征优势。然而,现有微波加热系统在连续式液体应用中普遍存在端口反射系数高、物料升温速率不稳定且过程能量转换率低等问题。为克服上述缺点,本研究通过构建多物理场耦合仿真模型,开发适用于液态食品的新型连续式微波加热方法。本研究旨在为微波加热在连续式液态食品加工中的应用提供理论基础。主要研究内容及结果如下:(1)液态食品连续式微波加热方法设计及计算机仿真研究基于多物理场耦合仿真模拟方法,进行系统优化设计。采用矩形波导式微波谐振腔时,微波从谐振腔E面输入时能够将流体加热至更高温度,但加热均匀性差,而H面输入时效果则相反,因此选择E面与H面相结合的微波输入方式。以WR-430标准波导为对象,通过测试各端口散射参数变化,确定H面波导与E面波导的最佳中心距离为0.117 m。此外,当波导连接角度为45o时,入射端口反射损耗大幅下降,与90o连接波导相比,此时E面与H面波导的端口反射损耗分别下降9.19%和17.87%,并且其他端口的散射参数并未出现明显涨幅。最后,通过调整波导中调配器位置及插入深度能够使系统的阻抗匹配特性得到进一步提升。(2)液态食品连续式微波加热过程多物理场耦合效果研究根据仿真优化结果制造实验设备并通过比较实验与模拟过程在600 s内的管路出口平均温度来验证模型准确性,当流体流量为1.25 L/min,1.50 L/min及1.75 L/min时的均方根误差分别为3.46、3.66和2.39,证明模型准确度较高。通过改变设备运行参数进一步探究流体热响应效果,发现流体热量吸收过程与谐振腔内电场分布紧密相关,高场强区域有利于流体局部升温速率的提升。流体流量、微波输入功率以及微波频率分别从加热时间、电场强度及物料介电性质方面影响加热效果。多端口微波输入方式能够使腔体内电场分布更加均匀,且波导连接角度的变化有助于使微波能量集中于流体管路区域,促进流体的微波吸收效果。此外,流体初始流速越小,管路中速度梯度越明显,管壁承压也越小,且入口处管壁压力较其他部分更大。(3)液态食品连续式微波加热过程能源效率分析通过系统设计与优化,H平面与E平面上微波输入端口的反射损耗最终分别降低至11.54%与17.29%,液体热处理温度提升至369.07 K,且微波能量转换率提升至71.10%,与传统单端口模式相比涨幅近30%。此外,微波加热方式的主要能量来源为电能,在处理量相同情况下,微波加热较传统蒸汽加热具有更高的能量利用效率,并且能够有效避免蒸汽及冷却水消耗。微波加热在解决管路结焦问题的同时,能够减少生产过程中就地清洗及污水处理环节的消耗,为液态食品热加工过程的综合成本优化提供了有效方法。