食品射频灭菌过程加热均匀性调控研究进展

作为一种新型物理灭菌技术,射频(radio frequency,RF)加热具有穿透深度大、传热效率高、无化学残留、适合批量处理等特点,可有效杀灭食品中的致病菌。然而,受物料本身特性参数、射频系统结构、物料周围介质等因素影响,非均匀加热一直是射频灭菌规模化应用面临的主要挑战之一。为进一步明确食品射频灭菌过程均匀性调控的最新研究进展,本文基于射频杀菌的机制及特点,对调控射频加热均匀性的具体措施进行了梳理,包括调控物料介电参数、改变环境介质、优化射频加热系统等,为加热均匀性调控的进一步研究及射频灭菌技术的进一步应用奠定基础。

旋转台对微波炉加热均匀性及能量效率的影响

微波炉是最典型多模谐振加热腔,其加热均匀性和能量效率一直是生活家用和工业生产中关注的焦点,已有研究表明微波炉中的旋转台对加热均匀性有着显著的提升作用,但是旋转加热对微波炉能量效率的影响目前依然还不清楚,旋转台转速的变化对加热均匀性的作用也还缺乏充分的量化研究。本文基于有限元算法对微波炉中的旋转加热进行了一系列的多物理场仿真,计算了微波炉中不同几何尺寸的受热物体,在不同转速下的加热均匀性和能量利用率。结果表明,微波炉中的旋转台对不同尺寸的受热物体的温度均匀性都有提升作用,旋转速度越快,加热均匀性越好,但是旋转台的转速对微波炉的能量效率没有显著影响。

微波辅助油炸的加热均匀性研究

为了实现高均匀性的微波和油炸的联合加热,本文设计了一种延展的微波单模腔,扩大了微波加热区域,通过调节矩形加热区域在极化方向的尺寸可获得均匀的电场分布,同时建立了微波加热的多物理场仿真模型来计算腔体内的电磁场分布以及土豆的温度分布。仿真结果表明,在设计的腔体内模拟微波油炸初步实现对土豆油炸效率的提升,模拟土豆在矩形加热腔内做匀速平移运动以及调节上下两个端口之间的相位差随时间不断变化能够进一步提高油炸均匀性,并建立实验系统,验证了所提方法的准确性。还讨论了不同厚度、不同含水量的土豆片对油炸均匀性的影响。

基于多物理场计算的微波加热均匀性改善研究

针对微波加热过程中存在温度分布不均匀的问题,提出利用多端口加热方式,通过多物理场耦合计算分析了端口布局、位置、数量以及功率配比对微波加热马铃薯块均匀性的影响。仿真计算结果表明,在四端口馈入时,端口分布于腔体四面,四个端口坐标分别为(-55,-162.5,70)、(162.5,-55,70)、(55,162.5,70)和(-162.5,55,70),且四端口馈入功率比为200∶200∶300∶300时,微波加热均匀性效果最佳。

提升微波加热均匀性的新型电介质基底

介绍并分析了一种新型的电介质基底,旨在提升微波加热的温度分布均匀性。该基底为非轴对称结构,由FR-4环氧玻璃纤维板与氧化铝制成,其几何参数的选定是以降低球形介质样品的平均温升变异系数为目的。为探究电介质基底对微波加热均匀性的影响,采用球形马铃薯为研究对象,利用COMSOL Multiphysics多物理场仿真软件模拟微波加热过程,并计算马铃薯的平均温升变异系数。仿真结果表明:相比于不加载基底直接加热,加载电介质基底加热的马铃薯样品的平均温升变异系数降低了40%以上。最后,进行实验测试验证计算的有效性,实验结果表明:实验测试与仿真计算结果一致,温度上升曲线吻合较好,使用该电介质基底可以有效改善微波加热的均匀性。

凹面电磁灶产品加热均匀性合格评定技术的研究

厨房油烟问题是国人生活中最大的健康隐患之一,做饭时,厨房内PM2.5平均浓度会升高几十倍甚至几百倍,长期吸入油烟还会诱发肺脏组织癌变,危害身心健康。凹面电磁灶作为国人使用较多的厨具,其产生油烟的原因之一就是烹饪过程中厨具局部温度超过了食用油的裂解、挥发温度,中低端家用凹面电磁灶产品普遍存在加热不均匀问题,而目前国内尚无凹面电磁灶加热均匀性的评定方法,本项目通过设计并定制测试工装,通过对凹面电磁灶正常工作中不同位置温度的实时检测,结合科学的计算方法研究凹面电磁灶的加热均匀性,并制定一种凹面电磁灶加热均匀性测试的评定方法。

基于加热均匀性的微波干燥研究进展

微波干燥通过电磁场辐射物体而在其内部产生热量,促进物体内部水分向外部迁移,是一种先进的干燥技术。但是,微波干燥存在加热不均匀的问题。本文针对该问题,分析了导致微波加热/干燥不均匀的影响因素,综述了通过提高微波干燥室内电磁场分布均匀性及改变被处理物料位置,以改进微波加热均匀性的可行措施,最后指出进一步实现微波均匀干燥的研究发展趋势。

热再生沥青路面养护车RAP加热均匀性分析

针对热再生沥青路面养护车再生沥青混合料(RAP)的加热均匀性问题,分别建立了改进前后养护车搅拌加热机构的三维模型;根据离散单元法和传热学理论借助EDEM软件,对不同搅拌加热装置的RAP搅拌加热过程进行了仿真;并通过施工现场试验进行了对比分析,得到了改进前后沥青混合料的温度分布以及温度变化规律。结果表明:三叶片螺旋搅拌刀的增加能够降低混合料温度分布方差,搅拌加热均匀性更好;随着三叶片螺旋搅拌刀螺旋叶片外圆螺旋升角从30°增加到35°,混合料温度方差由8.62下降到8.37,加热效率提升由1.26%增加到4.70%;增加35°螺旋搅拌刀的搅拌加热装置加热效率比原始搅拌加热装置提升29.73%。

大型环形转底炉热处理加热均匀性控制技术的实施

采用大型环形转底炉加热工件时,具有对物料形状要求不高的特点,但是也有炉膛炉温均匀性不易控制的缺点。在采用大型环形煤气炉加热车轮时,为提升炉膛温度场均匀性,通过对热处理工艺、加热设备特点以及生产模式进行分析,找出影响车轮加热均匀性的主要因素,有针对性地实施加热均匀性改进技术,取得了较好的效果。

金属壁移动对微波加热均匀性的影响

本文通过矩形波导金属壁的移动,对腔体内电磁场分布的相位进行调节,从而改善矩形波导内因电磁场分布的不均匀而引起的加热不均匀性,并且提出了基于空间坐标变换的时变媒质方法来计算移动边界问题,对于处理大型工业用微波腔体的移动边界问题具有重要意义.本文采用单模BJ-22波导加热系统为基准,分析短路面位置的调节对微波加热均匀性的影响,实验和计算表明短路面的调节可以大大提高微波加热的均匀性,且空间坐标变换理论可以准确的用于微波腔体的移动边界计算.

射频解冻过程中食品加热均匀性影响因素的研究进展

射频加热(radio frequency, RF)技术作为一种新兴加热技术,是一种高效、低能耗的可替代传统加热的热处理方法。该方法在提高工业效率的同时又可保证食品的质量安全性及品质,可满足食品工业中的解冻以及其他加工需求,在食品工业中具有越来越大的应用潜力和发展前景。但解冻过程中存在的"边缘效应"等加热不均匀问题仍是制约该技术的一个瓶颈。本研究对射频解冻及其原理进行了介绍,并总结了影响解冻过程中加热均匀性等问题的因素,包括电磁场、射频功率、电极电压及间隙、食品的介电特性等,以期为射频解冻技术的研究及改善加热均匀性等未来研究发展方向提供参考。

基于优化两端口微波炉结构的加热均匀性和加热效率研究

近年来,微波辅助化学反应的研究得到了广泛的关注。而国内普遍使用的改造后的微波炉加热本身存在加热效率低,温度不均匀等问题,为了改善微波炉加热均匀性,本文从馈源的角度出发,提出一种经过优化的两端口微波结构。以水作为加热对象,通过COMSOL仿真两端口微波炉结构在功率为500W的情况下加热250mL的水180s的过程,并将该优化两端口结构与家用微波炉比较,仿真结果显示,优化两端口结构的加热均匀性提高了11.23%,并且加热效率提高了20.14%。

基于双频双磁控管微波炉加热均匀性研究

如今人们普遍采用微波炉来快速加热食物,方便且快捷。但是磁控管产生的高频微波直接通过波导管传送至炉腔内,炉腔内微波的不均匀分布导致食物各部分加热速率出现差异,致使食物加热不均匀,加热效果不理想。针对现有技术中存在的不足,本文介绍一种采用两个频率不同的低电压磁控管对微波炉中的食品进行加热来提高微波炉的加热均匀性方法。利用仿真软件对双磁控管在炉腔内的能量分布特性进行了研究,再用MATLAB给出仿真分析结果。结果显示采用本文改进方法后,微波炉的加热均匀性明显提升。

基于旋转变频式加热技术对微波加热均匀性的影响研究

微波加热作为一种清洁又高效的加热方式,已普遍应用于化工、医药、冶金以及食品加热等多个方面,而如何提高微波加热的均匀性一直是近些年来研究的热点。本文通过分别对比旋转和变频对微波加热均匀性的影响,提出一种旋转变频的新型微波加热技术,同时使用多物理场仿真软件COMSOL仿真计算,结果表明采用频率范围在2.4~2.5GHz变化的旋转变频式加热方式,温度变化系数降低了0.33,并进行了实验验证。实验结果和仿真计算结果相一致,证实了旋转变频式加热技术有利于提高微波加热的均匀性。

天线、烧杯对微波炉加热均匀性影响的研究报告

加热均匀性是反映炉腔内各点加热是否均匀、食物是否能够均匀受热的性能检测。GB 24849-2010对加热均匀性的要求为,带有转盘的微波炉加热均匀性应不小于70%,不带转盘的微波炉加热均匀性应不小于60%。微波炉磁控管连续产生的微波,经过波导系统,在腔体微波出口部位,通过一个可旋转的天线搅拌器,耦合到腔体内。风扇状的金属天线搅拌器,旋转起来以后将微波向各个方向反射。天线的结构及形状,不同的烧杯形状对于改善微波炉的加热均匀性起到非常大的作用。

基于频谱测试的微波加热均匀性仿真

基于微波加热均匀性仿真结果不准确,通过电磁热仿真与实验测试相结合的方法,利用HFSS与Workbench仿真软件,提出了通过寻找最低VSWR对应的磁控管工作频率,改实体仿真模型为含实体门体的空气腔仿真模型,以及实测磁控管工作频率并代入计算的仿真方法来进行改善。由实验结果可以得出:根据国标微波炉加热均匀性‘五杯水’测试方法,选定的某一平台微波炉实测均匀性为71.88%,传统的实体模型的电磁仿真手段,将其结果输出于热仿真得出的加热均匀性为89.16%,改为带实体门体的空气腔模型后仿真加热均匀性为90.16%,通过实测磁控管工作频率代入仿真计算得到的加热均匀性为76.75%,并且在局部热点与冷点的位置上,最终仿真结果与实测能有比较好的对应。

平板微波炉食物加热均匀性提升研究

平板微波炉的推出对微波炉煮食均匀性提出了新的挑战。本文从微波馈入方法、定向加热和计算机仿真方面介绍正在进行的提升平板微波炉加热均匀性的研究,讨论微波炉煮食均匀性评价方法,最后展望未来微波炉均匀加热技术的发展趋势。

家用电磁灶加热均匀性测试方法解析

针对目前国内尚未建立家用电磁灶加热均匀性的标准评价方法的现状,我项目研究小组对国内相近的试验方法进行了比较研究,对国外的试验方法进行了对比分析,通过研究发现轻工行业标准QB/T 4404-2012电灶中的热分布试验,其试验方法在试验条件、测点数量及评价条件等方面,均不适用于对家用电磁灶加热均匀性的评价。项目组对欧盟EN 60350-2-2013中热量分布试验中相关技术方法及评价指标进行了研究,并通过实际试验验证了所解析方法的科学性及有效性。

一种提高加热均匀性和效率的四端口微波腔体结构设计

微波能作为一种新型的清洁能源被广泛应用于冶金、化工、食品等领域。但是微波加热仍然存在一系列问题制约着微波能的发展,如加热均匀性差、加热效率易受被加热物体的制约、容易出现“热失控”等。传统的微波单端口加热方法存在着严重的加热不均匀和微波能量利用率低的问题。本文提出了一种基于多源电磁波非一致极化的扫频加热方法,通过扫频源和多端口的使用解决了加热不均匀的问题,四个微波馈口采用电磁波的非一致极化方向从而减少了端口之间的能量互相耦合,提高了微波能量的利用率,实现了微波的均匀加热和能量的高效利用。

热风加热装置出风板加热均匀性仿真研究

本文以一种地热再生热风加热装置出风板为研究对象,利用FLUENT软件对出风板网孔的不同结构参数进行仿真研究,对比分析出风口温度场的加热均匀性与孔径、相邻孔间距以及孔面积占比的变化规律。结果表明,随孔径增大、孔间距减小,出风温度均匀性变差;孔面积占比为1.5%~3%时加热均匀性较好,为实际工程中热风加热机设计提供依据。