果蔬差壓通風(fēng)預(yù)冷影響參數(shù)試驗研究

1、文章編號：CAR235果蔬差壓通風(fēng)預(yù)冷影響參數(shù)試驗研究王強1 董德發(fā)2（1山東建筑大學(xué)制冷技術(shù)研究室，濟南 250101，2 濟南海波制冷科技有限公司，濟南 250013）摘 要 冷卻速度和冷卻均勻性是評價果蔬差壓通風(fēng)預(yù)冷效果的重要內(nèi)容。本文提出了衡量冷卻均勻性的量化指標(biāo)均勻度。建立了果蔬差壓通風(fēng)預(yù)冷實驗臺，對黃金梨的差壓預(yù)冷過程進行了試驗研究。分析了不同送風(fēng)速度、不同包裝箱開孔形狀及不同開孔面積等參數(shù)對黃金梨預(yù)冷速度和冷卻均勻性的影響。結(jié)果表明，冷風(fēng)送風(fēng)速度在1.5-2m/s較好；橢圓形開孔冷卻速度較快，圓形孔的預(yù)冷均勻性較好，鍵槽形孔的冷卻速度和冷卻均勻性都比較差；開孔當(dāng)量直徑在45mm左

2、右為宜。 關(guān)鍵詞 差壓預(yù)冷；冷卻速度；冷卻均勻性EXPERIMENTAL STUDY OF AFFECTING PARAMETERS IN PRESSURE PRE-COOLING OF FRUITS AND VEGETABLEWang Qiang1 Dong Defa2(1 School of Thermal Energy Engineering, Shandong Jianzhu University, Jinan 250101, China2 Jinan Haibo Refrigeration Technology Company, Jinan 250013, China )Abstra

3、ct Cooling rate and cooling uniformity are important contents which evaluate pressure pre-cooling effects of fruits and vegetables. A quantitative parameter which judges the effect of cooling uniformity is put forward in this paper. Pressure pre-cooling experimental device is established and experim

4、ental investigations of golden-pear pre-cooling process have been conducted. The effects of different parameters on cooling rate and cooling uniformity have been analyzed such as different airflow rates, vent hole form and vent hole size. Results showed that it is good to choose airflow rate between

5、 1.5 and 2m/s. Pre-cooling rates with ellipse vent hole are quicker and cooling uniformity with rotundity vent hole is better. Cooling effects on cooling rate and uniformity with keyhole vent hole are worst during the four hole form. The vent hole diameter about 45mm is perfect. Keywords Pressure pr

6、e-cooling Cooling rate Cooling uniformity夏秋季節(jié)采摘的果蔬帶有大量的田間熱，同時自身呼吸作用較為旺盛，釋放的呼吸熱又使得果蔬品溫持續(xù)升高，造成果蔬品質(zhì)的降低，甚至造成失水腐爛而失去食用價值。預(yù)冷可以快速降低果蔬溫度，有效抑呼吸作用。統(tǒng)計表明，冷鏈中經(jīng)預(yù)冷后儲藏運輸?shù)墓邠p失率僅為5%10%左右1 。預(yù)冷強調(diào)冷卻的時效性，即在不傷害果蔬品質(zhì)的情況下快速降溫。冷卻均勻性是評價果蔬預(yù)冷效果的另外一個重要指標(biāo)。冷卻均勻性差的果蔬由于儲運過程中的相互傳熱回溫容易形成溫度波動，從而造成部分產(chǎn)品的二次腐爛。差壓通風(fēng)預(yù)冷是利用差壓風(fēng)機在帶有通風(fēng)孔的包裝箱兩側(cè)造成壓力差

7、，使冷風(fēng)強制從包裝箱內(nèi)部果蔬表面掠過，從而冷卻箱內(nèi)果蔬的冷卻方式，具有較好的降溫速度和冷卻均勻性2。包裝箱內(nèi)的氣流組織是影響差壓通風(fēng)預(yù)冷速度和冷卻均勻性的關(guān)鍵因素3。文獻2,3分別從理論上分析了箱內(nèi)果蔬冷卻過程中的壓力場、流場及溫度場的變化。文獻4-6試驗研究了冷風(fēng)溫度、冷風(fēng)速度、開孔形狀等參數(shù)對果蔬冷卻速度的影響，未涉及其對冷卻均勻性的影響。文獻7簡單分析了冷風(fēng)速度和壓差對冷卻均勻性的影響，對其他影響參數(shù)的研究并未涉及。本文就不同送風(fēng)速度、包裝箱不同開孔形式、開孔面積及果蔬箱內(nèi)不同排列擺放方式等因素對黃金梨差壓通風(fēng)預(yù)冷過程的影響進行了試驗研究，總結(jié)出相關(guān)規(guī)律對促進我國冷藏鏈建設(shè)具有一定現(xiàn)實意

8、義。1試驗裝置與試驗過程1.1試驗裝置差壓通風(fēng)預(yù)冷試驗裝置主要有制冷系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和測試系統(tǒng)三大部分構(gòu)成。制冷部分主要是實驗冷庫；控制系統(tǒng)分為低溫冷庫庫溫控制和差壓風(fēng)機轉(zhuǎn)速控制；測試系統(tǒng)有實驗段差壓預(yù)冷箱部分、溫度自動采集部分和庫內(nèi)環(huán)境數(shù)據(jù)采集部分組成，如圖1所示。圖1 試驗裝置圖1.2試驗用包裝箱實驗用包裝箱為加固紙箱，規(guī)格為（360×290×225）mm3，開孔形狀分別為橢圓形、正方形、鍵槽形和圓形4種，如圖2所示。圖2 果蔬差壓預(yù)冷箱的四種開孔方式1.3試驗過程將預(yù)冷包裝箱開孔方向正對靜壓箱側(cè)面的均風(fēng)孔，利用差壓風(fēng)機的抽吸作用，迫使冷風(fēng)從預(yù)冷包裝箱內(nèi)通過。通過變頻器調(diào)

9、節(jié)差壓風(fēng)機的轉(zhuǎn)速，以獲得不同的風(fēng)速，并由風(fēng)速儀跟蹤監(jiān)控風(fēng)速的穩(wěn)定性。果蔬的溫度通過插入中心點的銅康銅熱電偶測得，并通過多路溫度自動巡回測試儀隨時采集輸出。實驗分別對送風(fēng)溫度t=1±0.5；平行排列和交叉排列兩種擺放方式；風(fēng)速分別為v=1、1.5、2、2.5m/s；4種不同孔型；開孔當(dāng)量直徑分別為de=35、40、45和50mm工況下黃金梨的冷卻過程進行了測試。1.4冷卻效果評價指標(biāo)的評價冷卻均勻性由包裝箱內(nèi)各測點溫度均勻度衡量，以數(shù)理統(tǒng)計中反映數(shù)據(jù)離散程度的標(biāo)準(zhǔn)方差表示8：=11ntn1(ti2 i=1t=1nn其中：ti，t測點平均溫度，；i=1ti各測點葡萄溫度，；均勻度；n測點

10、個數(shù)該函數(shù)的物理意義可以直觀的表示出箱內(nèi)果蔬溫度分布的不均勻情況，值越大表示溫度分布越不均勻。2試驗結(jié)果與分析研究表明，位于包裝箱底層中間靠壁面位置的果蔬冷卻降溫情況較具代表性3，試驗對該位置黃金梨單體的預(yù)冷降溫過程及底層黃金梨預(yù)冷均勻性進行了測試分析。2.1 送風(fēng)速度對冷卻速度和冷卻均勻性的影響圓形開孔直徑為45mm預(yù)冷箱內(nèi)黃金梨在4種不同送風(fēng)速度下（v=1、1.5、2、2.5m/s）的冷卻過程如圖3所示。不同風(fēng)速、4種不同開孔形狀（當(dāng)量直徑d=45mm，橢圓形開孔長徑比a/b=2）工況下，包裝箱內(nèi)黃金梨冷卻2.5h后的均勻性如圖4所示。/t/min圖3 不同送風(fēng)速度時的降溫曲線v/m

11、83;s-1圖4 不同送風(fēng)速度時的冷卻均勻度由圖3可以看出，冷風(fēng)速度的增大可以有效提高冷卻降溫速度。由圖4可以看出，風(fēng)速增大對冷卻均勻性的影響較大，隨著風(fēng)速的增加，均勻性增強。風(fēng)速增大將引起風(fēng)機能耗按照3次方規(guī)律增大9，而且容易造成果蔬干耗；綜合考慮以上因素，風(fēng)速選擇在1.5-2m/s為宜。2.2開孔形式對冷卻速度和冷卻均勻性的影響風(fēng)速v=1.5m/s，當(dāng)量直徑d=45mm，不同孔型包裝箱內(nèi)黃金梨的冷卻降溫曲線如圖5所示；4種不同風(fēng)速（v=1，1.5，2，2.5m/s）冷卻2.5h后的均勻性如圖6所示。/t/min圖5 不同孔型時的降溫曲線hole style圖6 不同孔型時的冷卻均勻度由圖5

12、、圖6可以看出，開孔形式對冷卻速度和冷卻均勻性都有一定的影響。其中，橢圓形開孔冷卻速度較快，圓形孔的預(yù)冷均勻性較好，鍵槽形孔的冷卻速度和冷卻均勻性都比較差。2.3孔徑對冷卻速度和冷卻均勻性的影響v=1m/s，圓形開孔，不同開孔直徑時，包裝箱內(nèi)黃金梨的冷卻降溫曲線如圖7所示；4種不同孔徑（de=35，40，45和50mm）冷卻2.5h后的均勻性如圖8所示。/t/min圖7 不同孔徑降溫曲線d/mm圖8 不同孔徑時的均勻度由圖7可以看出，隨著孔徑的增大，冷卻降溫速度加快，但增到到40mm以后幅度減慢。由圖8可以看出，隨著孔徑的增大，箱內(nèi)黃金梨冷卻的均勻性有所改善，當(dāng)開孔直徑增加到45mm時又開始變

13、差，開孔直徑的增大對冷卻的均勻性在一定范圍內(nèi)也有所改善。若要保持一定壓差，差壓風(fēng)機風(fēng)量必然增加，這將導(dǎo)致差壓風(fēng)機在預(yù)冷庫中散熱量增加，從而增大冷庫本身的負(fù)荷。從包裝的角度、預(yù)冷后葡萄的溫升速度以及差壓風(fēng)機功耗考慮，包裝箱的開孔直徑一般在45mm左右為宜，使包裝箱側(cè)面的開孔率在15%左右。3結(jié)論預(yù)冷速度與冷卻均勻性是表征差壓通風(fēng)預(yù)冷效果的重要指標(biāo)。試驗研究了黃金梨差壓通風(fēng)預(yù)冷過程中送風(fēng)速度、包裝箱的開孔形式、開孔面積及箱內(nèi)擺放方式等因素對黃金梨預(yù)冷速度和冷卻均勻性的影響。結(jié)果表明，送風(fēng)速度在1.5-2m/s較好；橢圓形開孔冷卻速度較快，圓形孔的預(yù)冷均勻性較好，鍵槽形孔的冷卻速度和冷卻均勻性都比較

14、差；開孔當(dāng)量直徑在45mm左右為宜。參考文獻1 王強, 劉曉東. 實施蔬菜產(chǎn)地預(yù)冷完善低溫冷藏鏈J.制冷, 2001, 20(1): 40-442 Gakwaya A., Sadfa S.O., Study of parameters affectingcooling rate and temperature distribution in forced-air pre-cooling of strawberry J. Transactions of the ASAE, 1996, 39(6): 1950-19553 Talbot M T, Oliver C C, Gaffney P E. P

15、ressure and VelocityDistribution for Air Flow Through Fruits Packed in Shipping Containers Using Porous Media Flow Analysis J. ASHARE Transactions, 1990, Vol.9:406-4174 Arifin B.B. and Chau K.V., Cooling of strawberries incartons with new vent hole designs J. ASHARE Transactions, 1994, 91(1): 1415-14265