連續(xù)通電加熱系統(tǒng)的溫度分布與極板污染的實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、食品物料的通電加熱是食品工程中的一門新興技術(shù)，它是在電路中把物料作為一段導(dǎo)體，利用物料本身在導(dǎo)電時(shí)所產(chǎn)生的熱量達(dá)到加熱的目的。國(guó)外對(duì)通電加熱技術(shù)的研究起步較早，目前已有成功運(yùn)行的連續(xù)通電加熱設(shè)備，在美國(guó)、英國(guó)和日本等國(guó)家正處于推廣應(yīng)用以及新型設(shè)備的開發(fā)研究階段。目前我國(guó)對(duì)通電加熱技術(shù)的研究處于起步階段，國(guó)內(nèi)也尚未引進(jìn)食品的通電加熱設(shè)備。為縮小我國(guó)在這一領(lǐng)域與國(guó)外的差距，開發(fā)出具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的通電加熱設(shè)備是亟待解決的問(wèn)題。由于食品物料的

2、電導(dǎo)率是通電加熱中決定產(chǎn)熱量的主要因素之一，因而目前的研究大多是集中在通電加熱過(guò)程中食品物料的電導(dǎo)率這一方面。目前，影響通電加熱技術(shù)實(shí)用化的主要因素是加熱過(guò)程中的加熱速率控制及污染控制問(wèn)題。本課題的研究目的就是研究在連續(xù)通電加熱過(guò)程中的溫度分布及電極的污染問(wèn)題。 本論文的研究以物理學(xué)、食品物性學(xué)、電工學(xué)、流體力學(xué)、傳熱學(xué)、物理化學(xué)、機(jī)械工程材料等學(xué)科的理論為基礎(chǔ)，主要開展了兩方面的研究工作：一方面設(shè)計(jì)制作了可拆卸式液態(tài)食品連續(xù)通

3、電加熱實(shí)驗(yàn)裝置；另一方面利用該裝置研究了自來(lái)水和豆?jié){在連續(xù)通電加熱過(guò)程中的溫度分布及其電導(dǎo)率變化和極板的污染等問(wèn)題。具體研究?jī)?nèi)容如下： 1．設(shè)計(jì)制作了可拆卸式液態(tài)食品連續(xù)通電加熱系統(tǒng)，并用該系統(tǒng)研究了自來(lái)水和豆?jié){在連續(xù)通電加熱時(shí)食品物料的升溫狀況和極板表面的溫度變化狀況。結(jié)果顯示該系統(tǒng)能快速、分段地對(duì)自來(lái)水和豆?jié){等液態(tài)食品進(jìn)行加熱，加熱過(guò)程穩(wěn)定，系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)良好。 2．利用該連續(xù)通電加熱系統(tǒng)研究了自來(lái)水和豆?jié){在連續(xù)通電加熱裝

4、置中食品物料在各加熱室內(nèi)部的平均溫度變化。結(jié)果表明，整個(gè)加熱過(guò)程可分為三個(gè)階段，在第一加熱階段，溫度快速上升，加熱室平均溫度與加熱時(shí)間的關(guān)系為指數(shù)關(guān)系；在加熱第二階段，溫度緩慢上升，加熱室平均溫度與加熱時(shí)間的關(guān)系為對(duì)數(shù)關(guān)系；在加熱第三階段，溫度基本不變，加熱室平均溫度基本不隨時(shí)間變化，加熱室平均溫度與加熱裝置長(zhǎng)度的關(guān)系為線性關(guān)系。從加熱速率上看，由于電場(chǎng)強(qiáng)度的差異，加熱速率自第一至第六加熱室逐漸降低，由于電導(dǎo)率的差異，豆?jié){加熱速率高于自

5、來(lái)水的加熱速率。 3．測(cè)量了自來(lái)水和豆?jié){在連續(xù)通電加熱過(guò)程中極板表面的溫度變化。食品物料在加熱初始階段加熱速率相同，同一極板上極板表面中心處和1/2R處溫度基本相同，極板表面未出現(xiàn)“過(guò)熱”現(xiàn)象；當(dāng)溫度達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，極板表面均出現(xiàn)“過(guò)熱”現(xiàn)象，且豆?jié){過(guò)熱現(xiàn)象比自來(lái)水嚴(yán)重。極板采用十字開孔方式時(shí)，極板表面的過(guò)熱現(xiàn)象比極板采用單側(cè)開孔方式時(shí)有所降低。 4．提出了負(fù)載Y型連接時(shí)連續(xù)通電加熱的模擬電路模型和連續(xù)通電加熱過(guò)程中液態(tài)食品物料

6、電導(dǎo)率的計(jì)算方法。根據(jù)測(cè)得數(shù)據(jù)計(jì)算了豆?jié){和自來(lái)水在各加熱室的電導(dǎo)率，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，電導(dǎo)率與溫度的變化關(guān)系均為線性關(guān)系，且在同一溫度下豆?jié){的電導(dǎo)率大于自來(lái)水的電導(dǎo)率。 5．對(duì)比了鍍鈦不銹鋼極板和“18-8”不銹鋼極板的腐蝕情況。結(jié)果表明，鍍鈦不銹鋼板的鈦層腐蝕較為嚴(yán)重，容易對(duì)食品物料產(chǎn)生較為嚴(yán)重的污染；“18-8”不銹鋼板具有較好的耐腐蝕性，可用于連續(xù)通電加熱裝置。 6．在對(duì)豆?jié){進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，極板表面出現(xiàn)了豆?jié){的黏附現(xiàn)象。豆?jié){在