果蔬热处理传热过程的数值模拟及验证

为了研究果蔬采后热处理过程的传热机理,建立了柱状与球状果蔬热处理的普适传热模型,对模型进行了数值模拟及试验验证。结果表明：所建模型能够准确预测多种边界条件下柱状与球状果蔬热处理时的组织温度变化及动态响应,柱状及球状果蔬的模型预测值与实测值的平均相对误差及均方根误差均低于5%。热水浸泡法与热空气法的对比试验表明：达到相同的热处理效果,伊丽莎白香瓜热水浸泡法的处理时间仅为热空气法的35%～50%;热水浸泡法中香瓜果实的表面换热系数为190～250 W/(m2·℃),而在热空气法中仅为10～30 W/(m2·℃     

枸杞真空冷冻干燥动力学的数值模拟及分析

为探究枸杞真空冷冻干燥过程中的热质迁移,克服应力应变现象不能直观获取的问题。该研究通过对鲜枸杞切片试验图像二值化处理,建立了鲜枸杞真空冷冻干燥的热-质-结构耦合的物理模型,对真空冷冻干燥过程中枸杞温度变化、水分变化以及其内部的应力应变进行了热-质-力耦合分析,并对分析结果进行试验验证。模拟分析结果表明,预冻结过程中,细胞始终在膨胀,当细胞完全冻结时细胞所受应力达到最大,而干燥阶段热质传递对应力影响较小。提高真空冷冻干燥过程中的升温速率,在一定程度上能够缩短冻干所需时间,并且真空冷冻干燥过程中的枸杞样本的含水率下降速率随干燥时间的增大而减小,该变化趋势与Wang and Singh模型更加贴合（R2为0.983）。同时试验验证结果表明,该研究建立的模型能够较好反映并预测真空冷冻干燥过程枸杞样本的温度及应力应变的变化趋势（R2为0.857）。研究结果可为真空冷冻干燥系统优化和工艺参数的科学制定提供参考。     

间歇热处理时间对樱桃温度场及贮藏品质的影响

间歇热处理过程中,温度的变化会激发果实内部生理变化,研究不同处理时间下果实组织温度分布及变化速率对揭示热处理保鲜机理具有重要意义。该研究以樱桃为处理对象,采用50℃热水,20℃冷水交替喷淋的处理方式,同时选择20、100、180 s作为不同的间歇处理时间,果实的贮藏品质作为评价指标。建立单个果实的非稳态传热模型,对间歇热处理时樱桃组织的传热规律及动态响应过程进行数值分析。结果表明,间歇喷淋热处理可以提高樱桃贮藏品质,且不同的热处理时间对果实的温度场及品质的影响有显著差异（P<0.05）。优化后的参数为：间歇处理时间180s,50℃喷淋处理3次,总热处理时间为540 s。在此条件下樱桃与处理介质之间的热量传递最充分,单个果实半径1/2处温度平均值为27.71℃,中心温度平均值为30.85℃。优化间歇热处理组的腐烂率比未做任何处理的对照组低53.4%,能较好维持果实硬度。根据传热模型及相关结论,建议间歇处理时间应大于温度变化速率峰值的出现时间。研究结果可为樱桃采后保鲜技术提供理论参考。     

草莓干冰喷射速冻过程的数值模拟与优化

为了有效提高速冻后草莓的品质,该研究提出干冰喷射速冻草莓的方法,设计了干冰喷射速冻草莓的速冻间和干冰喷射装置,利用Comsol软件对速冻间内干冰喷射草莓速冻过程的温度场、速度场和压力场进行模拟,研究了不同干冰喷入速度（0.10、0.15、0.20、0.25、0.30、0.40、0.50 m/s）,喷入口半径（18、20、23、25、30 mm）,以及干冰喷入速度为0.20、0.30 m/s时模型内干冰体积分数变化对草莓速冻效果的影响。结果表明：随着干冰入口半径的增加和干冰喷入速度的提高,草莓会更快的冻结。在入口半径为25 mm,流速为0.30 m/s情况下,可以高效实现草莓速冻。对干冰速冻草莓降温性能进行分析,并与现有液氮喷淋速冻草莓降温性能进行比较,结果表明：干冰速冻草莓通过最大冰晶带和草莓完全冻结的时间分别减少63.9%和41.7%,草莓能最大限度地保持原有的新鲜状态和营养成分。对优化的结果进行试验验证,草莓表面温度和中心温度达到标准时误差分别为3.70%和6.03%,草莓干冰速冻前后的品质指标均优于草莓速冻标准。研究结果为进一步开发节能环保的干冰速冻草莓装置提供参考。     

薪炭林植物选择指标数值分析

根据薪炭林植物应具有热值高,抗旱性强的特点,文章选择了产量、热值、水势、组织含水量、自由水/束缚水和自然饱和亏六个特征指标,在单指标分析的基础上,又应用数值分析技术选出了沙棘、狼牙刺、山桃、柠条、沙打旺、草木樨、苜蓿、红豆草共8个优良的薪炭林植物种。     

香蕉原浆在平板接触式速冻器冷冻过程的数值模拟

该文进行了香蕉原浆在平板接触式速冻器冷冻过程的数值模拟及实验验证。数值模拟计算采用全隐格式差分方法,用水分冻结量的增量处理相变潜热。结果表明：计算值与实测点的温度值吻合良好。用所编制的程序,可获得香蕉原浆在平板接触式速冻器冷冻过程的每一瞬时的温度场和冻结界面等信息。     

沼气发动机进气均匀性数值分析

开发大功率气体燃料发动机,利用沼气等绿色能源发电已经成为当前内燃机行业发展的重要课题之一。气体发动机对各缸进气均匀性的要求较高,气体发动机经常出现各缸进气不均匀的现象,从而影响发动机的动力性、排放性和可靠性。该研究利用数值分析方法求解,模拟CW6200型气体发动机进气系统内的流动情况,通过分析流动区域的压力场、速度场等参数对各缸进气均匀性进行了评价,同时分析了进气系统的流动阻力,优化设计了发动机的进气系统结构参数。数值分析及发动机性能试验表明：采用两级谐振系统后各缸流动不均匀性绝对值小于3%,各缸排温不均匀性绝对值小于2.5%,发动机动力性较好。因此,两级谐振系统可以有效改善进气总管预混式气体发动机的进气均匀性,提高发动机性能。     

生物多孔介质热风干燥数学模型及数值模拟

为了研究生物多孔介质在热风干燥过程中的热质传递机理以及其内部应力应变分布规律,根据生物多孔介质中温度、水分及应力之间复杂的耦合关系,基于菲克扩散定律、傅立叶导热定律和热弹性力学理论,建立了对流干燥条件下,含湿多孔介质内部传热传质过程热-湿-力双向耦合的数学模型。采用有限差分法编制相应的计算程序,对其进行数值计算,数值结果与马铃薯和胡萝卜对流干燥试验结果之间的相对误差均小于5%;进一步分析了干燥特性曲线,以及温度、干基含水率和应力应变的时空分布;最后分析了风温、风速等干燥条件以及多孔介质厚度对干燥过程的影响,结果表明:在一定试验条件下,风温越高,风速越大,切片厚度越薄,干燥时间越短。研究为改善生物多孔介质热质传递现象物理机理的理解提供参考。     

管道式加湿装置湿度场分布的数值模拟及试验验证

为掌握管道式加湿装置加湿流场的分布规律,该文针对压差原理的保鲜运输厢体,以脐橙为试验物料,建立厢体的1/4等比例三维紊流数值计算模型,结合有孔模型和组分传输模型,采用SIMPLE算法和壁面函数算法,运用Fluent软件对管道式加湿过程厢体内湿度场进行数值模拟,得出了厢体内纵截面和横截面以及货物表面的湿度分布云图。采用管道式加湿可以在246 s内将厢体内的相对湿度从75%升高到90%,厢体内湿度场分布均匀,相对湿度差小于2%,货物表面的相对湿度差不超过3%。经试验验证,试验结果与模拟结果相吻合,试验值与模拟值相对湿度最大偏差值不超过1.2%。通过所建立的模型研究不同回风道风速、管道直径、开孔数对货物表面湿度分布的影响。研究结果表明：加湿速率随回风道风速和管道直径的增大而增大,开孔数对加湿速率的影响不大（P>0.05）;货物表面湿度最大差值随回风道风速的增大而减小,随管道直径的增大先增大后减小,随管道开孔数的增加先减小后增大。该研究结果对于保鲜运输加湿装置的优化设计具有一定的参考价值。     

自然冷资源利用中的相变传热和果蔬保鲜的研究

为使利用自然冷资源贮藏果蔬的研究进一步向实用化发展,本研究通过对屋外水箱自然状态结冰贮冷的测定和解析,建立了估算水在自然冷风中传热和相变的简易计算模型;还通过小型利用自然冷资源果蔬保鲜柜的贮藏实验,证实了这种新式保鲜方法对家庭式贮藏的利用前景。该文还报告了世界第一座大型利用自然冷资源果蔬保鲜库的部分试验结果。     

湿式多片制动器油槽内对流换热系数的数值计算

在已求得湿式多片制动器油槽内三维抛物流流速场的基础上，采用控制容积法进一步计算出摩擦盘在不同速度下，油槽内流体的温度场，并利用边界层理论，最终计算出冷却油与摩擦副之间对流换热系数沿径向的变化规律，从而为湿式多片制动器的开发设计提供了理论依据     

自然冷资源库中果蔬冷却过程的有限元分析

研究果蔬在自然冷资源库中的冷却过程对于冷库设计、冷藏工艺安排和分析果蔬冷藏时的品质变化都是至关重要的。该文采用有限元方法,分析了果蔬在自然冷资源库中的冷却过程及其影响因素,并给出考虑多种因素的果蔬冷却时间计算公式。研究表明,冷却时间与果蔬半径、冷却前初始温度、对流换热系数的倒数近似成线性关系,与冷却介质温度近似成二次曲线关系。     

冬灌对越冬期土壤水分状况影响的数值模拟

根据土壤水动力学、地表能量平衡、空气动力学理论建立了越冬期土壤冻融条件下土壤—大气连续体的水热传输模型，包括冻融条件下土壤水热迁移子模型、地气间水热交换子模型。在该模型的基础上，模拟了北京地区冬灌对越冬期土壤水分状况的影响，从理论上得到了冬灌具有贮水作用的结论，并分析了合理的冬灌定额。     

土豆干燥过程中内部传热传质的数值模拟

建立了可以预测干燥过程中土豆内部水分分布和温度分布的传热传质模型，模型考虑了干燥过程中的土豆收缩和水分扩散系数的变化。该文推导的内部传热传质模型计算所得的内部水分分布和温度分布与实验结果相近。研究还发现在模型中是否考虑收缩对所得的水分分布和温度分布有较大的影响。     

含水量变化对冻融指标影响试验研究

我国冻融侵蚀面积 12 5万km2 。将试验土样分两组按一定密度和一定含水量装入试样盒进行试验 ,得出同种土质不同含水量、不同试验条件下的冻胀系数和融沉系数等有关冻融的指标。研究结果表明 :含水量及其变化是影响土体冻融指标的关键因素 ,土体的冻融是一个动态变化的过程。进行冻融侵蚀评价时 ,要充分考虑土质和土壤本身的含水量及冻融过程中的水分补给、环境变化等因素。     

采后果蔬损伤检测研究进展

简介了果蔬采后损伤检测的研究进展。其中视觉观察是最为简单而常用的手段,能直接了解果蔬表面损伤的情况,如挤伤、开裂等;但可靠性相对较低。由于仪器分析可减少人为误差;因而,在实验室和商业上使用常常优于感观评价,并且能为研究人员、产业部门和消费者所接收。虽然能量吸收和声音、超音振动技术可反映采后果蔬内部的损伤情况,但这两种技术仅用于对果蔬挤伤敏感性的分析。与荧光和延迟光发射的方法只适用于含叶绿素的果蔬材料相比,光谱分析可广泛用于所有的果蔬损伤的检测;但这些方法只能用于果蔬表面损伤的评价。对研究人员和产业部门来讲,最大希望能更好地了解果蔬采后处理和流通过程中内部损伤的情况。目前,X-射线分析、磁场共振图像和激光检查虽能检测果蔬内部不同的损伤程度,但由于成本高,使用范围十分有限,未能在商业上应用。同其它所有技术一样,上述技术的检测成本正迅速下降;同时检测能力迅速提高。另外,利用生理活性,如呼吸速率、乙烯释放率和渗透率检测果蔬内部损伤的技术正在研制过程中。随着仪器、设备灵敏度的提高,这些技术的应用将成为可能。由于果蔬内部损伤包括多个方面,而每一种检测方法又针对某一特定的特性进行;因此,需要采用数学分析,结合每一种测定方法,这样才能确切反映果蔬内部的损伤情况。在将来可望采用一组检测器元件,通过指纹图像了解采后果蔬内部损伤及严重情况     

电阻抗分析在菊苣根冻害检测中的应用研究

以菊苣(CichoriumintybusLvarfoliosumcv.)根为试材,分析了低温下电阻抗和钾离子渗漏速率的变化及其与细胞膜透性变化的定量关系。结果表明:随着低温贮藏时间的延长和冻害的发展,菊苣根细胞膜透性增大,钾离子渗漏速率上升,组织的电阻抗值下降。3种温度下(0℃,-1℃,-3℃)贮藏的菊苣根其电阻抗值的变化均与钾离子渗漏速率呈显著的负相关关系。电阻抗对频率作图显示,在低频率范围(20～100Hz)可得到最大而且较稳定的电阻抗值。因此,电阻抗分析方法可以用来检测和评价植物的冻害