宁静红;宋志朋;杨鑫;任子亮;王暖厚;包翔

天津商业大学机械工程学院

速冻蓝莓;扇形喷嘴;干冰微粒;喷射;模拟

为提高干冰微粒速冻蓝莓的喷嘴雾化特性，优化设计一种多出口扇形喷嘴，喷射出扇形干冰微粒射流，更均匀更快速地冻结蓝莓。建立多出口扇形喷嘴的物理模型及蓝莓速冻干冰射流流场计算模型。基于Fluent软件，采用气固两相动力学模型DPS、Realizable、k-ε湍流模型对多出口扇形喷嘴干冰微粒喷射速冻蓝莓的过程进行数值模拟研究。探究了扇形喷嘴出口不同V形切槽角（60°、70°、80°、90°）在相同的入口流量和出口孔径下，对干冰微粒在速冻腔内的流场分布、蓝莓的冻结速率和冻结均匀性等参数的影响。结果表明：随着V形切槽角的增加，扇形冲击射流宽度降低，冲击射流核心区域内的流速增加。当多出口扇形喷嘴出口V形切槽角为70°时，相比60°、80°、90°速冻腔内整盘蓝莓的冻结完成时间分布最集中，整体的冻结速度快，流场最均匀，为此喷嘴模型（入口孔径30 mm,入口流速0.25 m/s,出口为圆周布置的孔径5.2 mm×6（6个孔径为5.2 mm的出口）和中心布置的孔径2 mm×4的组合）最优出口参数。随后对模拟仿真最优结果进行实验测试，可得整盘蓝莓完成速冻的时间为119 s,冻结速率为0.50 cm/min,实验与模拟降温曲线误差为4.3%。对速冻后蓝莓的花青素含量、可溶性固形物质量分数以及失水率等进行测试，结果表明干冰速冻后蓝莓在贮藏期间的感官品质保持较好，优于速冻蓝莓标准。