混合颗粒系蒙特卡罗消光模型及反演方法

在单一颗粒系中,消光光谱法颗粒粒径测量模型通常基于Mie散射理论和Lambert-Beer(LB)定律。但多种颗粒物构成的混合颗粒系的消光特性更为复杂,颗粒粒径与混合比均会影响消光谱,需要发展新的理论模型。作者设计一种蒙特卡罗(Monte Carlo,MC)原理的混合颗粒系消光模型,将入射光束离散化成光子,通过追踪其从发射至接收/逃逸过程中所有事件,统计光子去向并研究混合颗粒系的消光特性。为了验证蒙特卡罗模型的准确性,分别对聚苯乙烯和玻璃微珠单一颗粒系中消光谱进行数值计算,结果与Lambert-Beer定律预测误差小于2%。进一步将模型扩展至由聚苯乙烯和玻璃微珠构成的混合颗粒系,其消光谱随玻璃微珠占比(混合比)增大而依次递增,直至混合比为1时退化为单一颗粒系,而波长减小时,消光随混合比变化趋势由线性向非线性转变,两种颗粒自身消光特性差异越大则非线性趋势越明显,说明混合系消光值由颗粒类型、混合比、颗粒粒径和光波长共同决定且相互耦合。根据预测消光谱,采用三种全局最优算法对混合颗粒粒径和混合比参数反演。结果表明:混合比单参数反演结果的误差最小,均在1.5%以内;对两种颗粒粒径进行双参数反演时,误差均在3%以内;对两种粒径和混合比进行三参数同步反演时,误差增大,但均在10%以内。综合分析三种反演算法,PSO算法耗费时间最长,是其他算法的数倍,IGA算法效果较好且更加稳定。初步验证了设计的蒙特卡罗模型可应用于混合颗粒系的消光谱预测,实现了两种颗粒粒径与颗粒系混合比的同步反演。

数值模拟多冰晶的生长形貌

为研究食品速冻保鲜过程中多冰晶的微观生长特性,基于KOBAYASHI模型,采用单相场方程同时控制多个冰晶的生长,模拟了多冰晶晶核随时间步长和各向异性强度增加时的形貌变化。结果表明:随着模拟冷冻时间步长的增加,各冰晶的生长形貌逐渐变大,相邻冰晶由自由生长逐渐变为竞向生长,生长速率受到了抑制,冰晶形貌不再具有典型的六重对称性;在其他模拟参数不变的情况下,随着各向异性强度的增加,冰晶的大小及主枝相貌均变大,各冰晶间的相互影响逐渐增强。在食品的速冻保鲜过程中,防止大冰晶破坏细胞壁降低食品品质,应合理地控制冷冻时间和各向异性强度。

自然对流条件下冷冻猪肉温度场的数值模拟

基于现有的测量技术,食品在冷冻过程的温度场数据并不能被充分获得,而对传热过程的数值仿真可以对此进行弥补.针对块状猪肉在圆柱罐体内的冷冻过程,建立了瞬态变物性传热数学模型,用于模拟常压冷冻罐内自然对流换热条件下猪肉冷冻过程的温度分布.与实验结果进行对比,猪肉中心温度的数值模拟结果与实验冻结曲线基本一致.对冷冻过程不同时刻的仿真结果揭示了猪肉在冷冻各阶段的温度分布,冻结状况等,对于改进冷冻工艺、提高冷冻猪肉品质具有重要意义.

静电场对冷冻食品冰晶生长影响的相场法模拟

目的:探究外加静电场对食品冷冻过程中冰晶生长的影响规律。方法:基于相场法中经典的Kobayashi模型,将电场自由能密度引入相场模型,采用有限差分法五点差分格式离散偏微分方程,编程实现了冰晶生长的模拟及可视化。结果:模拟结果和其他模拟结果以及试验结果呈现的冰晶组织特征一致,冰晶形态具有典型的六重对称性;随着电场强度的增加,冰晶的主枝生长速率和成核生长都受到了抑制。结论:在食物的速冻保鲜过程中,外加一定的电场强度,会减少大冰晶的生成,最大限度地保留食品的品质和风味。

相场模拟在食品冷冻冷藏领域的研究进展

大冰晶对冻结加工过程中食品细胞有一定的破坏作用,为减少肉类等冷冻食品的风味丧失和品质降低,迫切需要研究冰晶的形成机理及过程。应用相场法对冰晶的微观生长过程进行研究,将有助于深入揭示结冰微观机理及过程,从而指导食品的冻结工艺,改善冷冻食品品质。简述相场法的原理及优势,并阐述了相场法在食品冷冻冷藏领域中的研究现状及侧重点,为今后相场法在食品冷冻冷藏领域的发展提供一定的帮助。

某复叠式制冷机房二氧化碳气体泄漏扩散及事故通风模拟

本文使用CFD软件简化模拟了氨-二氧化碳复叠式制冷机房冷凝蒸发器内二氧化碳进气管道泄漏后二氧化碳的扩散及开启事故风机后的浓度分布。计算结果表明泄漏200 s时机房内大部分区域二氧化碳浓度已经超过15000 ppm。通过对比两种事故风机布置的二氧化碳浓度分布,认为在靠近二氧化碳管道及设备的一侧墙面布置事故风机对保证机房二氧化碳安全浓度较为有利。

锅炉领域中热能与动力工程的实践应用研究

锅炉作为能量转换的主要设备,其在运行转化过程中需要消耗大量的能量,这也间接造成了我国当前能源紧张的局面。随着科学技术的发展,热能与动力工程的研究成果有效地缓解了上述问题,其不但能够提高能源的利用效率,而且还能通过处理锅炉燃料燃烧过程中出现的有毒废气达到环保节能的效果,降低其在生产过程中对环境的影响,符合我国环境保护、节能减排的发展要求,也成为了众多生产企业接受热能与动力工程理论的原因之一。

R290自携式冷藏陈列柜冷媒泄漏仿真分析

R290是一种新型环保制冷剂,是自携式冷藏陈列柜制冷剂的理想替代物,但R290泄漏后存在燃爆的危险.与空调相比,自携式冷藏陈列柜蒸发温度低,压力高,因此有必要探讨R290在有限空间泄漏的安全性.通过CFD软件对自携式冷藏陈列柜R290在有限空间泄漏扩散的体积分数分布进行仿真,研究了冷藏陈列柜放置在房间不同位置的泄漏特性以及在房间内体积分数分布情况,分析它们变化的规律.模拟结果论证了R290作为自携式冷藏陈列柜制冷剂的可行性,对R290在自携式冷藏陈列柜上的安全使用具有指导意义.

种子库蒸发器冷却除湿过程的数值模拟

利用低温冷库贮藏种子时,保证库内较低的湿度能实现对种子的长期贮藏并保证种子出库后的发芽率.针对种子库内蒸发器冷却除湿的过程中进行研究,在库内相对湿度为90%,温度为20℃的初始状态下,改变蒸发器出风口温度为5、10、15℃,模拟蒸发器冷却除湿过程的温度及湿度分布情况.研究发现,蒸发器出风口温度为5℃更适合储存种子,但是只采用冷却除湿方法来进行除湿,冷库内的相对湿度分布不均匀,故应加入其他辅助除湿方式.

低压静电场对冷冻猪肉冰晶生长影响的试验研究

以五花猪肉为研究对象,探究低压静电场(LVEF)辅助冻结及常温解冻对猪肉冰晶生长的影响,探讨有静电场冻结-无静电场解冻、有静电场冻结-有静电场解冻、无静电场冻结-无静电场解冻、无静电场冻结-有静电场解冻4个过程对猪肉品质的影响。分别绘制了4个过程的冻结-解冻曲线,同时观察冰晶分布的情况,测量肉块相关数据。结果表明,低压静电场对提升猪肉品质有明显的效果。