连续通电加热系统的温度分布与极板污染的实验研究

摘要

食品物料的通电加热是食品工程中的一门新兴技术，它是在电路中把物料作为一段导体，利用物料本身在导电时所产生的热量达到加热的目的。国外对通电加热技术的研究起步较早，目前已有成功运行的连续通电加热设备，在美国、英国和日本等国家正处于推广应用以及新型设备的开发研究阶段。目前我国对通电加热技术的研究处于起步阶段，国内也尚未引进食品的通电加热设备。为缩小我国在这一领域与国外的差距，开发出具有自主知识产权的通电加热设备是亟待解决的问题。由于食品物料的电导率是通电加热中决定产热量的主要因素之一，因而目前的研究大多是集中在通电加热过程中食品物料的电导率这一方面。目前，影响通电加热技术实用化的主要因素是加热过程中的加热速率控制及污染控制问题。本课题的研究目的就是研究在连续通电加热过程中的温度分布及电极的污染问题。 本论文的研究以物理学、食品物性学、电工学、流体力学、传热学、物理化学、机械工程材料等学科的理论为基础，主要开展了两方面的研究工作：一方面设计制作了可拆卸式液态食品连续通电加热实验装置；另一方面利用该装置研究了自来水和豆浆在连续通电加热过程中的温度分布及其电导率变化和极板的污染等问题。具体研究内容如下： 1．设计制作了可拆卸式液态食品连续通电加热系统，并用该系统研究了自来水和豆浆在连续通电加热时食品物料的升温状况和极板表面的温度变化状况。结果显示该系统能快速、分段地对自来水和豆浆等液态食品进行加热，加热过程稳定，系统运转良好。 2．利用该连续通电加热系统研究了自来水和豆浆在连续通电加热装置中食品物料在各加热室内部的平均温度变化。结果表明，整个加热过程可分为三个阶段，在第一加热阶段，温度快速上升，加热室平均温度与加热时间的关系为指数关系；在加热第二阶段，温度缓慢上升，加热室平均温度与加热时间的关系为对数关系；在加热第三阶段，温度基本不变，加热室平均温度基本不随时间变化，加热室平均温度与加热装置长度的关系为线性关系。从加热速率上看，由于电场强度的差异，加热速率自第一至第六加热室逐渐降低，由于电导率的差异，豆浆加热速率高于自来水的加热速率。 3．测量了自来水和豆浆在连续通电加热过程中极板表面的温度变化。食品物料在加热初始阶段加热速率相同，同一极板上极板表面中心处和1/2R处温度基本相同，极板表面未出现“过热”现象；当温度达到稳定状态时，极板表面均出现“过热”现象，且豆浆过热现象比自来水严重。极板采用十字开孔方式时，极板表面的过热现象比极板采用单侧开孔方式时有所降低。 4．提出了负载Y型连接时连续通电加热的模拟电路模型和连续通电加热过程中液态食品物料电导率的计算方法。根据测得数据计算了豆浆和自来水在各加热室的电导率，结果发现，电导率与温度的变化关系均为线性关系，且在同一温度下豆浆的电导率大于自来水的电导率。 5．对比了镀钛不锈钢极板和“18-8”不锈钢极板的腐蚀情况。结果表明，镀钛不锈钢板的钛层腐蚀较为严重，容易对食品物料产生较为严重的污染；“18-8”不锈钢板具有较好的耐腐蚀性，可用于连续通电加热装置。 6．在对豆浆进行实验时，极板表面出现了豆浆的黏附现象。豆浆在极板表面的黏附与极板表面的粗糙度有关，极板表面粗糙度越大黏附越严重。由于制造及安装误差的存在，以及豆浆在极板表面的黏附造成极板电阻增大，三相负载并不对称。 本文最后对今后进一步研究连续通电加热技术提出了一定建议。

目录

文摘

英文文摘

声明

1序言

1.1研究的目的和意义

1.2国内外研究现状

1.2.1国内外对食品物料通电加热的研究

1.2.2通电加热技术在食品工业中的应用

1.3存在的问题

1.4研究的内容和目标

2实验台的设计与制作

2.1前言

2.2可拆卸式连续通电加热装置的设计

2.2.1系统的整体结构设计

2.2.2加热室设计

2.2.3极板的设计

2.2.4相邻加热室的连接

2.2.5电极的连接方式

2.2.6压力控制装置设计

2.2.7流量控制装置设计

2.2.8数据采集系统的设计

2.3电导率的计算方法

2.4小结

3连续通电加热中食品物料的温度分布

3.1前言

3.2连续通电加热实验装置中豆浆和自来水的温度分布

3.2.1实验装置、实验材料与实验方法

3.2.2实验结果及分析

3.3小结

4连续通电加热中食品物料的电导率及极板的腐蚀和结垢

4.1前言

4.2实验装置、实验材料与实验方法

4.3实验结果及分析

4.3.1自来水连续通电加热的电导率

4.3.2豆浆连续通电加热的电导率

4.3.3三相负载的对称性

4.3.4极板的腐蚀和结垢

4.3.5小结

5结论与建议

5.1结论

5.2建议

参考文献

附录

致 谢

攻读硕士学位期间发表论文情况