果蔬在冷藏库贮藏环境中的热质传递机理研究

摘要

采摘后果蔬的生理过程并没有停止，进入冷库后果蔬仍然进行呼吸作用和蒸发作用。由于果蔬入库前温度较高且含水量较大，入库后会与周围环境产生热量和质量传递，造成果蔬品质下降。因此，研究果蔬在冷库贮藏环境中的热质传递机理对果蔬贮藏具有一定的学术意义和工程参考价值。
　　本文首先研究了单个苹果在冷库中的冷却过程，建立了其与周围环境热质传递的物理、数学模型，采用有限差分法研究了苹果内部的温度变化及质量传递过程的规律，并对比分析了影响热质传递过程的因素。其次，以整箱苹果作为研究对象，采用数值模拟的方法，建立了整箱苹果的三维非稳态CFD模型，研究了苹果在冷库贮藏环境下自然冷却过程中气体流动和热质传递规律。主要研究工作及结论如下：
　　（1）球形果蔬冷却过程中，表皮对外界温度的响应较快，而果实内部各层的温度变化呈现不同程度的滞后现象。果皮在初始阶段降温较快，随后逐渐减小；靠近果心部分在整个冷却过程中的降温速率先逐渐增加后逐渐减小，果实内部各层降温速率各不相同，越靠近果心降温速率越小。达到一定时间后各层温度趋于一致。
　　（2）通过建立单个苹果内部导热的数学模型，采用有限差分法求解了冷却过程中果实内部各层温度变化情况，获得了果实尺寸和气流速度对果实热传递过程的影响规律。研究表明：果实尺寸对表皮温度变化的影响较小，但对果心温度变化影响较大，当苹果直径由0.08 m增加到0.09 m，降温过程中同一时刻果心的最大温差达到1.08℃；气体流速对果蔬表皮温度变化有一定影响，适当提高冷库内货物区气流速度能够降低果蔬表皮降温所需时间，提高其降温速率，但对果心降温过程影响不大。
　　（3）建立果实内部水分与周围环境对流传质的物理、数学模型，求解了冷却过程中果实的散湿量，并研究了库内气体流速和相对湿度对果实散湿的影响规律。果实散湿量受表皮温度和库内气流速度的影响。同一表皮温度下，气流速度越大，散湿量越大。但在降温过程中，由于气流速度越大，果实表皮降温速率越大，导致散湿量减少。综合考虑这两个因素，得到冷却过程中，气流速度越大，果实散湿量越小，失水率也越小。当气流速度由0.3 m/s增加到0.7 m/s时，果实的失水率降低3.2％。此外，相对湿度对果实散湿量的影响最大，当相对湿度由75%增加到95%时，果实的失水率降低75%。
　　（4）通过对整箱货物自然冷却过程的模拟研究，得到货物区相对湿度的变化规律。研究结果表明，气流能够迅速置换掉货物区内水分含量较高的空气，但由于果实内部各层降温的滞后性，货物区温度没有迅速降低，导致货物区相对湿度迅速降为66.01%。随着冷却的进行，货物区温度逐渐降低，相对湿度逐渐升高，稳定状态时，货物区相对湿度为87.07%。

目录

声明

1 绪论

1.1 课题背景研究意义

1.2 果蔬热质传递国外研究现状

1.3 果蔬热质传递国内研究现状

1.4 研究内容及目标

1.5 研究方法

2 果蔬传热特性及影响因素研究

2.1 果蔬入库后生物组织热传递微分方程

2.2 有限差分方程的建立

2.3 苹果传热过程理论分析

2.4 苹果传热过程影响因素

2.5 本章小结

3 果蔬的传质特性及影响因素研究

3.1 果蔬传质物理模型

3.2 果蔬传质数学模型

3.3 苹果传质过程理论分析

3.4 苹果传质过程影响因素

3.5 本章小结

4 整箱果蔬自然冷却过程中热质传递特性模拟研究

4.1 整箱果蔬自然冷却过程中传热模型与模拟研究方法

4.2 整箱果蔬自然冷却过程中传质模型与模拟研究方法

4.3 计算模型网格无关性验证

4.4 整箱果蔬自然冷却过程中气体流动和传热特性的研究

4.5 整箱果蔬自然冷却过程中传质特性的研究

4.6 本章小结

5 结论及建议

5.1 结论

5.2 建议

致谢

参考文献