冷庫(kù)內(nèi)空氣參數(shù)對(duì)食品凍結(jié)的影響研究

王貴強(qiáng) 鄒平華 劉明生 劉永鑫

(哈爾濱工業(yè)大學(xué)市政環(huán)境工程學(xué)院 哈爾濱 150090)

冷庫(kù)內(nèi)空氣參數(shù)對(duì)食品凍結(jié)的影響研究

王貴強(qiáng) 鄒平華 劉明生 劉永鑫

(哈爾濱工業(yè)大學(xué)市政環(huán)境工程學(xué)院 哈爾濱 150090)

冷庫(kù)中空氣參數(shù)分布的不均勻會(huì)導(dǎo)致不同位置食品的凍結(jié)過(guò)程差異，本文提出了一個(gè)模擬冷庫(kù)在完整食品凍結(jié)周期內(nèi)各參數(shù)變化的動(dòng)態(tài)模型，基于各子系統(tǒng)間的傳熱傳質(zhì)平衡而建立。對(duì)分散在庫(kù)房空間中的凍結(jié)食品，利用CFD模擬得到其凍結(jié)條件的數(shù)值分布，根據(jù)其凍結(jié)條件對(duì)該庫(kù)房?jī)?nèi)的食品凍結(jié)過(guò)程進(jìn)行分段集中模擬。結(jié)果表明，在凍結(jié)過(guò)程初期，食品的負(fù)荷是主要負(fù)荷，隨著凍結(jié)過(guò)程的進(jìn)行，食品負(fù)荷逐漸減小，而風(fēng)機(jī)等其他負(fù)荷所占比重逐漸增大。庫(kù)房?jī)?nèi)空氣參數(shù)分布存在局部差異，風(fēng)速分布比溫度分布差異性更大，導(dǎo)致食品凍結(jié)過(guò)程存在差異，最快和最慢完成凍結(jié)的時(shí)間相差11.5 h。在凍結(jié)前期，庫(kù)房溫度波動(dòng)對(duì)食品降溫過(guò)程影響不大，而在凍結(jié)后期庫(kù)房溫度波動(dòng)會(huì)使食品溫度產(chǎn)生波動(dòng)，影響食品凍結(jié)質(zhì)量。

食品加工技術(shù)；強(qiáng)制通風(fēng)凍結(jié)；凍結(jié)時(shí)間；表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)

將食品凍結(jié)能夠有效減少微生物和酶的活動(dòng)，從而抑制食品的腐壞，延長(zhǎng)貯藏時(shí)間。食品凍結(jié)通常在冷庫(kù)的凍結(jié)間內(nèi)進(jìn)行，通過(guò)庫(kù)房?jī)?nèi)安置的冷風(fēng)機(jī)，強(qiáng)制空氣循環(huán)，維持庫(kù)房?jī)?nèi)的溫度和吹過(guò)食品表面的風(fēng)速。冷庫(kù)的進(jìn)貨方式通常有按批次進(jìn)貨和連續(xù)進(jìn)貨兩種方式[1]，在連續(xù)進(jìn)貨方式中，食品在吊軌的牽引下完成入庫(kù)、凍結(jié)和出庫(kù)，每個(gè)食品單體在庫(kù)房中不斷行進(jìn)，經(jīng)過(guò)相同的路徑，在庫(kù)房?jī)?nèi)停留數(shù)小時(shí)完成凍結(jié)，每個(gè)食品經(jīng)過(guò)相同的凍結(jié)條件，凍結(jié)均勻，但由于投資大及其操作復(fù)雜，大多數(shù)食品仍然采用按批次進(jìn)貨的方式。在按批次進(jìn)貨方式中，食品整進(jìn)整出，食品在庫(kù)房中置于貨架上，保持靜止不動(dòng)，整個(gè)庫(kù)房進(jìn)滿貨物后，關(guān)閉庫(kù)門，進(jìn)行凍結(jié)。在整個(gè)凍結(jié)過(guò)程中，食品降溫，食品的負(fù)荷也從大到小，而制冷系統(tǒng)無(wú)法根據(jù)負(fù)荷進(jìn)行調(diào)節(jié)，勢(shì)必導(dǎo)致冷庫(kù)庫(kù)溫波動(dòng)。

另外，由于氣流組織的不均勻，庫(kù)房?jī)?nèi)不同位置的空氣參數(shù)存在局部差異，導(dǎo)致庫(kù)房?jī)?nèi)不同位置的食品凍結(jié)過(guò)程有快有慢，導(dǎo)致食品出庫(kù)時(shí)，一部分食品過(guò)凍，溫度過(guò)低，而另一部分食品甚至可能沒有完成凍結(jié)。然而，庫(kù)房通常一次冷凍大量的食品，要同時(shí)對(duì)如此數(shù)量眾多的食品進(jìn)行凍結(jié)實(shí)驗(yàn)，不但耗費(fèi)巨大，而且操作困難，使用數(shù)值模擬方法可以有效的解決這個(gè)問(wèn)題。

對(duì)于冷庫(kù)內(nèi)食品凍結(jié)的動(dòng)態(tài)模擬，國(guó)內(nèi)外的研究者們已經(jīng)提出了許多不同的模型，已有的冷庫(kù)動(dòng)態(tài)模型大多使用經(jīng)驗(yàn)公式來(lái)計(jì)算食品的溫度和負(fù)荷變化[2－3]，對(duì)于整個(gè)庫(kù)房中存放的多個(gè)食品，大都使用統(tǒng)一的空氣溫度和對(duì)流換熱系數(shù)對(duì)這些食品的凍結(jié)過(guò)程進(jìn)行模擬，而沒有考慮庫(kù)房?jī)?nèi)不同位置的空氣參數(shù)的差異，因此也就無(wú)法得到冷庫(kù)中不同位置食品的凍結(jié)過(guò)程差異。

鑒于此，本文采用數(shù)值方法對(duì)庫(kù)房?jī)?nèi)食品凍結(jié)進(jìn)行動(dòng)態(tài)模擬，分析實(shí)際庫(kù)房空氣溫度波動(dòng)下不同位置食品的凍結(jié)過(guò)程。

1 數(shù)學(xué)模型

本文的模型基于冷庫(kù)各部分之間的傳熱傳質(zhì)平衡。室外空氣通過(guò)圍護(hù)結(jié)構(gòu)與冷庫(kù)內(nèi)空氣發(fā)生熱量傳遞；庫(kù)房?jī)?nèi)風(fēng)機(jī)強(qiáng)制空氣循環(huán)，空氣以一定速度掠過(guò)食品表面，對(duì)食品進(jìn)行降溫；風(fēng)機(jī)運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生的熱量則直接進(jìn)入庫(kù)房，成為冷庫(kù)的負(fù)荷[4]；由于按批次進(jìn)貨，在進(jìn)貨完畢之后，庫(kù)門關(guān)閉，沒有人員出入，同時(shí)照明系統(tǒng)關(guān)閉，直到凍結(jié)完成，所以不考慮空氣滲透、人員和照明的負(fù)荷。另外，本文的研究對(duì)象中凍結(jié)食品為嚴(yán)密包裝的分割肉，在計(jì)算過(guò)程中忽略食品向空氣的濕傳遞，在上述分析和假設(shè)的基礎(chǔ)上進(jìn)行建模。

1.1 庫(kù)房傳熱模型

庫(kù)房的結(jié)構(gòu)及食品的擺放位置如圖1所示，可以看到該庫(kù)房使用吊頂式冷風(fēng)機(jī)循環(huán)空氣，食品存放于庫(kù)房的下半部分區(qū)域。冷庫(kù)內(nèi)尺寸為19 m×6 m× 4.2 m，一次進(jìn)貨28 t，在長(zhǎng)寬高方向的排列為18×8 ×8，貨物單體的尺寸為0.6 m×0.4 m×0.15 m。庫(kù)房頂部沿長(zhǎng)度方向布置六組風(fēng)機(jī)，兩組一對(duì)，風(fēng)機(jī)出口間距2.2 m，安裝位置如圖1所示，

圖1 庫(kù)房外形結(jié)構(gòu)圖Fig.1 Geometry of the storage room

在凍結(jié)過(guò)程中，庫(kù)房?jī)?nèi)空氣的熱量傳遞模型為:

式中:Ma為庫(kù)房中干空氣質(zhì)量，kg；Ha為空氣焓值，J/kg；φw、φf(shuō)、φpa分別為圍護(hù)結(jié)構(gòu)、風(fēng)機(jī)、食品的負(fù)荷，W；φe為冷風(fēng)機(jī)的制冷量，W。

1)圍護(hù)結(jié)構(gòu)負(fù)荷φw

該冷庫(kù)為土建冷庫(kù)，圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱惰性較大，受外界空氣溫度和太陽(yáng)輻射引起的溫度波動(dòng)較小[5]。

式中:Mw為圍護(hù)結(jié)構(gòu)的質(zhì)量，kg；Cw為圍護(hù)結(jié)構(gòu)的質(zhì)量比熱，J/(kg·K)；Ta、To、Tw分別為庫(kù)房?jī)?nèi)空氣、室外空氣和圍護(hù)結(jié)構(gòu)的溫度，℃；Uo、Ui分別為室外空氣、室內(nèi)空氣與圍護(hù)結(jié)構(gòu)之間的對(duì)流換熱系數(shù)，W/(m2·K)；Aw為圍護(hù)結(jié)構(gòu)的表面積，m2。使用上述公式中右側(cè)第二項(xiàng)計(jì)算庫(kù)房的圍護(hù)結(jié)構(gòu)負(fù)荷φw。

2)冷風(fēng)機(jī)制冷量φe與散熱負(fù)荷φf(shuō)

冷風(fēng)機(jī)的制冷量使用對(duì)數(shù)平均溫差來(lái)計(jì)算[2]:

式中:Te、Ta，in、Ta，out、ΔTae分別為蒸發(fā)溫度、冷風(fēng)機(jī)回風(fēng)溫度、送風(fēng)溫度以及冷風(fēng)機(jī)與空氣之間的對(duì)數(shù)平均溫差，℃；Ue為冷風(fēng)機(jī)與空氣之間的對(duì)流換熱系數(shù)，W/(m2·K)；Ae為蒸發(fā)面積，m2；m·ae為冷風(fēng)機(jī)風(fēng)量，m3/s；

由于冷風(fēng)機(jī)置于庫(kù)房?jī)?nèi)，風(fēng)機(jī)的功率完全轉(zhuǎn)化為熱量散入庫(kù)房:

式中:N為冷風(fēng)機(jī)臺(tái)數(shù)；Pf為單臺(tái)風(fēng)機(jī)的功率，W。

3)食品負(fù)荷φpa

(1)食品凍結(jié)條件的模擬

為了確定冷庫(kù)中各食品的凍結(jié)條件，使用CFD技術(shù)對(duì)滿載時(shí)的冷庫(kù)進(jìn)行模擬，忽略貨架對(duì)于空氣流動(dòng)的影響。使用通用微分方程式來(lái)描述冷庫(kù)內(nèi)的流場(chǎng)區(qū)域:

式中:左側(cè)的兩項(xiàng)分別代表瞬態(tài)項(xiàng)和對(duì)流項(xiàng)，右側(cè)的兩項(xiàng)分別代表擴(kuò)散項(xiàng)和源項(xiàng)[6]。

在冷庫(kù)當(dāng)空氣速度達(dá)到0.5 m/s時(shí)，自然對(duì)流的影響就微乎其微[7]，而在凍結(jié)過(guò)程中，為了保持一定的凍結(jié)質(zhì)量，庫(kù)房?jī)?nèi)的空氣流動(dòng)速度一般都在0.5 m/s以上。本文忽略自然對(duì)流對(duì)于空氣參數(shù)的影響。假設(shè)食品表面溫度一致，蒸發(fā)溫度為－33℃，室外溫度為31℃。對(duì)于庫(kù)房?jī)?nèi)空氣的模擬采用k-ε模型，同時(shí)為了更準(zhǔn)確的模擬食品放熱過(guò)程，對(duì)食品表面區(qū)域采用加強(qiáng)型墻函數(shù)來(lái)處理[8]。

在計(jì)算得到的庫(kù)房空氣流場(chǎng)和溫度場(chǎng)中，計(jì)算每個(gè)食品單體外部空間內(nèi)距離食品一定距離的表面上的平均風(fēng)速和溫度，構(gòu)成食品的凍結(jié)條件。結(jié)果表明，庫(kù)房空間內(nèi)的溫度分布要比流速分布均勻得多，當(dāng)冷風(fēng)機(jī)出口風(fēng)速為10 m/s時(shí)，吹過(guò)食品表面的風(fēng)速?gòu)?.5 m/s到4.5 m/s不等，以0.5 m/s為間隔將風(fēng)速分成8段，食品在這些風(fēng)速分段中的數(shù)量Nf分布如圖2所示，取每個(gè)分段中的平均風(fēng)速計(jì)算該風(fēng)速分段內(nèi)所有食品的對(duì)流換熱系數(shù)，庫(kù)房?jī)?nèi)的食品放熱的總負(fù)荷為所有風(fēng)速分段內(nèi)食品負(fù)荷的總和。

圖2 食品在風(fēng)速分段中的數(shù)量分布Fig.2 The number of foods in different ranges of air velocity

(2)食品的放熱負(fù)荷φpa

在凍結(jié)食品內(nèi)部，熱量傳遞發(fā)生在所有區(qū)域，水分的擴(kuò)散則集中在靠近食品表面的狹小區(qū)域，而由于包裝材料的阻隔作用，不考慮食品表面向庫(kù)房空氣的濕傳遞。在食品中的每一點(diǎn)應(yīng)用傅里葉導(dǎo)熱方程得到凍結(jié)過(guò)程食品內(nèi)部的傳熱模型[9]:

式中:ρ、c、k為食品的密度、比熱和導(dǎo)熱系數(shù)等物性參數(shù)；q為熱源項(xiàng)；Tp為食品內(nèi)部各點(diǎn)的溫度，℃。對(duì)于平板狀食品應(yīng)用一維假設(shè)，使用有限差分方法對(duì)食品進(jìn)行離散求解。食品凍結(jié)過(guò)程中的放熱量為:

式中:φp為單體食品的放熱負(fù)荷，W；Up為單體食品的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，W/(m2·K)；Ap為單體食品的表面積，m2；Tps為單體食品的表面溫度，℃。

1.2 庫(kù)房濕傳遞模型

基于上述假設(shè)，在濕傳遞模型中，庫(kù)房空氣只與冷風(fēng)機(jī)發(fā)生濕傳遞。庫(kù)房?jī)?nèi)空氣的濕傳遞模型為:

式中:Xa為含濕量，kg/kg；X·ae為冷風(fēng)機(jī)與空氣之間的傳濕量，kg/s；L為水蒸汽的汽化潛熱，J/kg；Ca、Cw分別為干空氣和水蒸汽的質(zhì)量比熱，J/(kg·K)。

利用熱濕傳遞類比來(lái)計(jì)算庫(kù)房?jī)?nèi)空氣與冷風(fēng)機(jī)之間的濕傳遞[10]:

式中:Xa，in、Xa，out分別為冷風(fēng)機(jī)回風(fēng)和送風(fēng)的含濕量，kg/kg。

2 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

為驗(yàn)證庫(kù)房的動(dòng)態(tài)模型，選取實(shí)際冷庫(kù)中的一間凍結(jié)間作為研究對(duì)象，該庫(kù)房編號(hào)為203，處于整個(gè)建筑的二層，分別與庫(kù)房202、204、103、低溫穿堂、凍結(jié)物冷藏間以及室外空氣相鄰。為了計(jì)算凍結(jié)過(guò)程中圍護(hù)結(jié)構(gòu)負(fù)荷，使用溫濕度記錄儀測(cè)試凍結(jié)過(guò)程中該庫(kù)房相鄰空間內(nèi)的空氣溫度。儀表采用衡欣AZ8829，測(cè)量范圍為－40℃ ～85℃，精度為±0.6℃。該庫(kù)房上層為凍結(jié)物冷藏間，取其空氣溫度保持－18℃不變，其他方向空間的溫度測(cè)試結(jié)果如圖3所示。

圖3 203庫(kù)房相鄰空間的空氣溫度變化Fig.3 Air temperature in space adjacent to room 203

將上述實(shí)驗(yàn)測(cè)得的相鄰庫(kù)房、穿堂、室外的空氣溫度以及制冷系統(tǒng)的蒸發(fā)溫度輸入到本文的數(shù)學(xué)模型中，計(jì)算得到實(shí)驗(yàn)條件下的庫(kù)房空氣參數(shù)的模擬數(shù)據(jù)，并與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，以驗(yàn)證模型的準(zhǔn)確性。另外，使用熱線風(fēng)速儀測(cè)量冷風(fēng)機(jī)出口的風(fēng)速，作為CFD模型中的入口邊界條件。

本文采用食品凍結(jié)實(shí)驗(yàn)以驗(yàn)證食品凍結(jié)模型的準(zhǔn)確性。由于實(shí)驗(yàn)條件所限，本文的凍結(jié)實(shí)驗(yàn)在一間單獨(dú)小型庫(kù)房中進(jìn)行，由庫(kù)房?jī)?nèi)空氣參數(shù)的CFD模擬得到食品的平均表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為22.12 W/(m2· K)。實(shí)驗(yàn)對(duì)象為帶包裝的分割肉，尺寸為275 mm× 350 mm×80 mm，記錄凍結(jié)過(guò)程中的庫(kù)溫變化，并輸入到凍結(jié)模型中。食品降溫過(guò)程溫度變化的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和模擬數(shù)據(jù)的對(duì)比如圖4所示，從食品的中心和表面溫度曲線可以看到，模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)吻合較好，驗(yàn)證了該模型的準(zhǔn)確性。

圖4 食品凍結(jié)過(guò)程降溫曲線Fig.4 Cooling curve of food

3 結(jié)果與討論

在食品的凍結(jié)過(guò)程中，冷庫(kù)內(nèi)的空氣溫度并不是恒定的，而是受到庫(kù)房各種負(fù)荷、制冷系統(tǒng)及其控制方式的影響，空氣溫度的波動(dòng)會(huì)影響到食品的凍結(jié)過(guò)程，而由于送風(fēng)方式的限制，庫(kù)房空間內(nèi)的凍結(jié)條件的分布無(wú)法完全一致，不同位置的食品的凍結(jié)過(guò)程存在局部差異。

圖5是該冷庫(kù)在食品凍結(jié)過(guò)程中的溫度變化情況，可以看到模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)吻合的較好，在凍結(jié)末期，由于凍結(jié)已經(jīng)完成，人為關(guān)閉了庫(kù)房?jī)?nèi)的冷風(fēng)機(jī)，而在模擬中設(shè)定在整個(gè)凍結(jié)周期內(nèi)風(fēng)機(jī)始終開啟，使得庫(kù)房溫度的實(shí)測(cè)值與模擬值在凍結(jié)末期出現(xiàn)較大偏差。由于該冷庫(kù)對(duì)庫(kù)房溫度使用“雙位控制”，設(shè)置庫(kù)溫上下限，可以看到凍結(jié)過(guò)程中庫(kù)溫在上下限之間波動(dòng)，在食品入庫(kù)初期，由于食品溫度較高，負(fù)荷較大，庫(kù)房空氣溫度波動(dòng)的速率較快，庫(kù)溫在很短的時(shí)間內(nèi)達(dá)到庫(kù)溫上限。而在食品凍結(jié)末期，負(fù)荷減小，可以看到庫(kù)溫波動(dòng)的速率和幅度都減小，庫(kù)溫相對(duì)穩(wěn)定。在凍結(jié)過(guò)程中，通過(guò)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱對(duì)庫(kù)房溫度影響較小，可以看到庫(kù)房溫度變化與室外溫度變化關(guān)系不大。

圖5庫(kù)房空氣溫度變化Fig.5 Air temperature of storage room studied

圖6 是食品凍結(jié)過(guò)程中的中心溫度變化情況，可以看到，同一冷庫(kù)中不同位置食品的凍結(jié)曲線存在差異。在凍結(jié)前期，即預(yù)冷階段中，所有食品的降溫曲線幾乎是一致的，而在食品溫度下降到初始凍結(jié)點(diǎn)后，降溫曲線開始分離。本文以食品中心降溫通過(guò)最大冰晶生成帶(－1℃ ～－5℃)的時(shí)間作為評(píng)價(jià)食品凍結(jié)速率的指標(biāo)[11]?？梢钥吹?，食品周圍風(fēng)速越高，其降溫過(guò)程越快，食品通過(guò)最大冰晶生成帶的時(shí)間就越短，凍結(jié)速率越大，凍結(jié)質(zhì)量也就越好。如果以食品熱中心溫度達(dá)到－15℃作為食品完成凍結(jié)的標(biāo)準(zhǔn)，從圖中可以看到，當(dāng)一部分食品完成凍結(jié)的時(shí)候，另外一部分食品仍然處于凍結(jié)未完成狀態(tài)。另外，在凍結(jié)前期，由于庫(kù)房溫度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于食品溫度，庫(kù)房的溫度波動(dòng)對(duì)食品降溫幾乎沒有影響，而在凍結(jié)后期，食品溫度已經(jīng)很低，庫(kù)房空氣的溫度波動(dòng)導(dǎo)致食品溫度產(chǎn)生波動(dòng)，對(duì)食品的凍結(jié)質(zhì)量產(chǎn)生不利的影響。

圖6 冷庫(kù)內(nèi)不同位置下食品的凍結(jié)曲線Fig.6 Cooling curves of foods at different locations in storage room

不同位置食品的凍結(jié)過(guò)程的差異最終導(dǎo)致食品凍結(jié)時(shí)間的差異，冷庫(kù)內(nèi)不同位置食品所需的凍結(jié)時(shí)間如圖7所示。周圍風(fēng)速越大，所需的凍結(jié)時(shí)間越短，食品最快和最慢完成凍結(jié)的時(shí)間相差11.5 h。出于整體凍結(jié)質(zhì)量的考慮，在凍結(jié)較快的食品完成凍結(jié)的時(shí)候，仍然需要繼續(xù)凍結(jié)，以保證周圍風(fēng)速較小的食品完成凍結(jié)，延長(zhǎng)冷庫(kù)的總體運(yùn)行時(shí)間。

圖7 食品的凍結(jié)時(shí)間分布Fig.7 Distribution of freezing time based on air velocity

從冷庫(kù)凍結(jié)過(guò)程的負(fù)荷曲線圖中，可以看到，在凍結(jié)前期，食品的負(fù)荷很大，圍護(hù)結(jié)構(gòu)和風(fēng)機(jī)的負(fù)荷相對(duì)較小，波動(dòng)也較小，隨著凍結(jié)的進(jìn)行，食品的負(fù)荷逐漸降低，到凍結(jié)末期的時(shí)候，食品負(fù)荷已經(jīng)低于風(fēng)機(jī)和圍護(hù)結(jié)構(gòu)的負(fù)荷，甚至由于庫(kù)溫的波動(dòng)而成為負(fù)值，此時(shí)，較大的風(fēng)速對(duì)于食品的凍結(jié)過(guò)程影響較小，反而會(huì)增加庫(kù)房的負(fù)荷，增加制冷系統(tǒng)的耗能。

圖8 冷庫(kù)凍結(jié)過(guò)程中的負(fù)荷變化Fig.8 Cooling loads in storage room during freezing process

4 結(jié)論

在冷庫(kù)設(shè)計(jì)時(shí)通常采用食品凍結(jié)過(guò)程的平均焓降來(lái)作為食品的負(fù)荷，然而在實(shí)際凍結(jié)過(guò)程中，食品的負(fù)荷由大變小，按食品的平均焓降來(lái)設(shè)計(jì)往往會(huì)導(dǎo)致，在凍結(jié)初期，系統(tǒng)無(wú)法滿足負(fù)荷需要，庫(kù)溫上升幅度較大，而在凍結(jié)末期，冷風(fēng)機(jī)負(fù)荷過(guò)大。另外，冷庫(kù)內(nèi)不同位置食品周圍的空氣參數(shù)存在差異，最終導(dǎo)致食品凍結(jié)速率和凍結(jié)時(shí)間的局部差異。冷庫(kù)內(nèi)更加均勻的流場(chǎng)會(huì)使食品凍結(jié)更加均勻，減少凍結(jié)的差異性能夠減少制冷系統(tǒng)的運(yùn)行時(shí)間和能耗。

本文受黑龍江省自然科學(xué)基金項(xiàng)目(E201309)資助。(The project was supported by the Natural Science Foundation of Heilongjiang Municipal(No.E201309).)

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The Influence of Air Parameters in Cold Storage on Food Freezing

Wang Guiqiang Zou Pinghua Liu Mingsheng Liu Yongxin

(School of Municipal and Environmental Engineering，Harbin Institute of Technology，Harbin，150090，China)

The inhomogeneous distribution of air parameters in cold storage leads to local differences of food freezing at different locations.A dynamic simulation on parameter changes during a complete freezing process in cold storage was presented based on the heat and mass balance between subsystems.CFD method was employed to calculate the distribution of freezing condition for foods distributed in storage room.Then all foods were separated into several groups and modeled based on the freezing condition.Results show that during the initial stage of freezing process，heat release of food is the main source of cooling load，which decreases as the freezing process goes on. The importance of other loads increases gradually.Because of the inhomogeneous distribution of air parameters in cold storage，the freezing process and freezing time varies from each other and shows a time difference as big as 11.5 hours between the fastest and slowest freezing processes.The fluctuation of air temperature in storage room has no effects on food freezing at earlier stage，which causes some fluctuations of food temperature at later stage of freezing process.

food processing technology；air-blast freezing；freezing time；surface heat transfer coefficient

TB69

A

0253－4339(2014)05－0066－05

10.3969/j.issn.0253－4339.2014.05.066

王貴強(qiáng)，男(1983－)，博士研究生，哈爾濱工業(yè)大學(xué)市政環(huán)境工程學(xué)院，13029707257，E-mail:wgq_hit＠126.com。研究方向:冷庫(kù)節(jié)能優(yōu)化。

2013年12月17日

About the corresponding author

Wang Guiqiang(1983－)，male，Ph.D.candidate，School of Municipal and Environmental Engineering，Harbin Institute of Technology，13029707257，E-mail:wgq_hit＠126.com.Research fields:optimization of cold storage.