Introduction
• 考虑了之前常被忽略的因素： 速度分布 加热和冷却在杀菌中的贡献 和环境空气的热交换 产品温度的非均匀分布 传质、传热过程中有效扩散参数
• 本研究的目的不是为了建立流体力学模型（需要复杂的有 限元去划分材料设备），而是通过全局平衡，使模型的复 杂度降低而容易使用，解决模型问题所需时间减少，保证 其在优化过程中的可行性。
Results & Discusssion
温度以及浓分布度
Results & Discusssion
模型假设的影响
Results &Conclusion
• 我们建立了在管系统中的非理想层流的非牛顿流体食物的 连续热加工过程的数学模型模拟，并用刺果番茄汁进行检 验，它是假塑性流体，加热主要是对酵母以及霉菌的破坏。 我们得到的结果是一致的，我们进行了一系列的模拟去研 究模型中假设的影响。 • 我们观察到: • （a）加热、冷却部分对于过程致死力有贡献； • （b）保温管的进口温度需要升高以补偿和周围环境的热 交换，从而导致致死力的上升； • （c）热量以及质量的有效扩散系数被用来表征非理想层 流，这对于温度分布以及过程的致死力有显著影响。
Mathematical Model
无量纲的轴向区域（ η =z/L） 0-1（加热部分） 1-2（保温部分） 2-3（冷却部分） 无量纲径向结构域（x=r/Ri） 0（管中心） 1（内管的内壁）
Mathematical Model
传质方程
Mathematical Model
传热方程
Mathematical Model
Conclusion
• 为了达到SA=5.74的杀菌效果，最大流速下的经典的保温方 法需要19m长的保温管，然而我们推荐的模型预测达到相 同的杀菌效果只需要5m长的保温管。 模型要求：大量的过程参数，可以解方程的数学处理器。 优点：灵活性，可以通过很短的计算时间，表征热处理过 程中的不同阶段，从而满足设备设计以及处理过程的优化 的要求。 展望：进一步工作会是通过完全仪器单元以及参数评估程 序对模型进行更全面的确认，可以预料到这个全面的数学 模型可以促进食品工业生产出满足消费者要求的高品质的 加工产品。
Modeling of continuous thermal processing of a non-Newtonian liquid food under diffusive laminar flow in a tubular system 非牛顿流体在管式扩散层流系统中的连续加热模 型
Introduction
感谢聆听， 敬请指正！
食硕1306班 6130112082 武旭
个人见解
建立全面的模型，充分考虑各方面的影响，在保障安全性 的条件下，最大程度降低食品的加热程度，从而使风味、 营养得到较好的保留，符合市场需求。 因为文章中考虑的因素很多，所以需要的基本参数多，参 数的确定过程比较繁琐。在今后的应用过程中可以考虑建 立相关的数据库。 文章没有考虑加热、冷却速率对于致死力的影响。
Introduction
• 如今，消费者更注重食品的感官以及营养品质。因而，食 品行业也在对热加工条件以及设备进行重新审视。 • 已有对热量传递、停留时间分布、流体流动和流变性质的 研究,模型和仿真工具也已被用于来评价和优化食品连续热 加工过程。 • 该模型包括： 传热方程 传质方程 杀菌效果评价 速度分布
Mathematical Model
• 模型中扩散散参数是Def，A（食品中组分A的有效径向扩 散），Kef，p（食品的有效径向热传递），Kef，m是对于 加热以及冷却流体（流体的有效径向热传递）。 方程37---食品中组分A的径向扩散Pelect常数 方程38--食品径向热扩散Pelect常数 方程39--加热和冷却介质的径向热扩散Pelect常数
• 对流体食品的热加工常采用连续式设备，与间歇式设备相 比，可以提高生产效率，降低能耗、提高感官以及营养品 质。 低粘度，如牛奶和果汁，常用板式热交换器 高粘性或颗粒液体，如果泥、纸浆、调味汁、浓缩果汁， 需要在管状系统中处理。 • 在层流状态中，存在速度梯度，因而有明显的停留时间分 布。 • 通常的简化方法是考虑保温管中最大流速（最小停留时间） 下的热处理效果。因而，得到的产品虽然是安全的，但是 过度加工造成感官以及营养品质的下降，消费者难以接受。
成分A的破坏动力学参数是Tref，Dref，Za。 加热介质（hm）、冷却介质（hm）、周围空气（ha）的对 流系数可以通过经验公式得出。 还需要食品产品（Wp，CA0，Tp0），加热介质（Wm，Tm0）， 冷却介质（Wm，Tm0），周围空气(Ta)。
下面的两个方程分别是食品产品，加热/冷却介质的扩散 速率。
Mathematical Model
• 对于理想状态：Def，A=0，Kef，p=kp，Kef，m=km ，可以通过 在设备中的停留时间的分布或是温度分布等试验数据，得 到有效扩散参数。 • 为了检验已建立的模型，我们进行了模拟案例以及假设的 灵敏度测试。用有限差分数值方法进行轴向、径向分布变 量的离散化。最佳离散点的确定，需考虑计算时间以及变 量SA（Ƞ=3）对数值点的依赖性。这个变量在数值方法中 有最大的灵敏度。
• 软件 gPROMS 3.2 (Process System Enterprise)被用于本案例 的模型以及模拟过程。
Results & Discusssion
模型假设的影响
Results & Discusssion
Study Case • 刺果番荔枝果汁加工（糖度18°Brix，PH＜4，主要考虑霉 菌、酵母） • 使用小型设备 建立在数值测试的基础上，我们决定在每一部分选用400 个轴向以及30个径向点来离散变量。计算机模拟时间为 2.6min。
传热方程
Mathematical Model
传热方程
Mathematical Model
速度分布
杀菌效果评价
Mathematical Model
• 除去已列方程，解决模型问题，还需以下信息 设备的尺寸 食品的平均热物理特性 加热/冷却介质 内管 外管 保温层
Mathematical Model