豆?jié){通電加熱實(shí)驗(yàn)及數(shù)值模擬初步研究.pdf

1、食品物料的加熱是食品加工中十分重要的操作，它不僅直接關(guān)系到最終產(chǎn)品的質(zhì)量，而且還關(guān)系到加工過程中能源消耗及其制造成本的高低。食品物料的通電加熱技術(shù)是食品工程中的一門新興技術(shù)，它是在電路中把物料作為一段導(dǎo)體，利用物料本身在導(dǎo)電時(shí)所產(chǎn)生的熱量達(dá)到加熱的目的。國外對通電加熱技術(shù)的研究起步較早，目前已有成功運(yùn)行的連續(xù)通電加熱設(shè)備，在美國、英國和日本等國家正處于推廣應(yīng)用以及新型設(shè)備的開發(fā)研究階段。目前我國對食品物料的通電加熱研究處于起步階段，國內(nèi)

2、還沒有成功運(yùn)行的連續(xù)通電加熱設(shè)備，對連續(xù)通電加熱裝置的研究也只處于探索階段。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和數(shù)值計(jì)算技術(shù)的發(fā)展，有限元分析已經(jīng)成為解決復(fù)雜物理場問題的有效方法。通過對數(shù)學(xué)模型的模擬分析，不僅可以直觀地了解通電加熱過程中物料內(nèi)部溫度與速度的分布情況，而且可以節(jié)省大量的試驗(yàn)時(shí)間和成本。因此，為了更好的發(fā)展通電加熱技術(shù)，研究不同條件下豆?jié){的升溫速率與電導(dǎo)率的變化規(guī)律以及數(shù)值模擬在通電加熱中的應(yīng)用是非常有意義的。
　　 本論文主要開展兩

3、方面的研究工作：一方面以豆?jié){為研究對象，利用自制小型可拆卸式連續(xù)通電加熱裝置及靜態(tài)通電加熱裝置研究了豆?jié){在不同電場條件下通電加熱，其溫升速率及電導(dǎo)率的變化規(guī)律；另一方面應(yīng)用有限元分析軟件對通電加熱的豆?jié){進(jìn)行數(shù)值模擬的初步研究。主要包括以下幾個(gè)方面：
　　 1)設(shè)計(jì)制作了液體食品連續(xù)通電加熱系統(tǒng)，并用該系統(tǒng)對豆?jié){進(jìn)行了通電加熱實(shí)驗(yàn)，結(jié)果顯示該系統(tǒng)能夠均勻、快速地對豆?jié){進(jìn)行通電加熱，并能利用電壓、電流傳感器以及T型熱電偶結(jié)合數(shù)據(jù)采集

4、器采集加熱過程中的電壓、電流及溫度信號，加熱過程中，設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)良好，試驗(yàn)完成后，設(shè)備拆卸清洗方便。
　　 2)利用液體食品通電加熱系統(tǒng)分別連接靜態(tài)通電加熱與連續(xù)通電加熱的加熱室，研究電場強(qiáng)度對豆?jié){電導(dǎo)率的影響。研究發(fā)現(xiàn)，在頻率500Hz～10kHz范圍內(nèi)，豆?jié){的電導(dǎo)率隨電場強(qiáng)度的升高而加大，頻率對其無影響。
　　 3)研究50Hz時(shí)，電源波形及電場強(qiáng)度對豆?jié){通電加熱的影響。研究發(fā)現(xiàn)，電導(dǎo)率不隨電場強(qiáng)度的變化而變化，正弦波的

5、電導(dǎo)率大于雙極性方波的電導(dǎo)率，同一點(diǎn)位置處正弦波的溫升速度大于雙極性方波的溫升速率。
　　 4)將有限元法的思想應(yīng)用于通電加熱過程，對靜態(tài)通電加熱的豆?jié){進(jìn)行了數(shù)值模擬，與實(shí)驗(yàn)值進(jìn)行比較，驗(yàn)證數(shù)值模擬的結(jié)果。結(jié)果顯示：有限元法能直觀顯示加熱室及其周圍的溫度分布，較準(zhǔn)確的預(yù)測豆?jié){靜態(tài)通電加熱過程中的加熱規(guī)律，并分析了其誤差的形成原因。
　　 5)利用有限元法對連續(xù)通電加熱的加熱室內(nèi)豆?jié){的速度場進(jìn)行數(shù)值模擬，并對不同形狀加熱室