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第 32 卷第 5 期 西 南 大 学 学 报 (自然科学版) 2010 年 5 月
Vol畅32 No畅5 Journal of Southw est University (Natural Science Edition) M ay 2010
文章编号 :1673 9868(2010)05 0140 06
过 冷 度 对 冷 冻 浓 缩 过 程 冰 晶 生 长 的 宏 微 观 研 究
①
陈梅英
1 ,2
, 陈永雪
3
, 王文成
4
, 陈锦权
2
1畅 福建农林大学 经济管理学院 ,福州 350002 ;2畅 福建农林大学 食品科学学院 ,福州 350002 ;
3畅 福建农林大学 计算机信息学院 ,福州 350002 ;4畅 漳州职业技术学院 ,福建 漳州 363000
摘要 :为了降低冷冻浓缩过程因冰晶夹带造成的损失 ,以过冷度为研究对象 ,先从宏观上以荔枝汁为原料探讨过
冷度对冷冻浓缩冰晶夹带率的影响 ,再借鉴国内外金属微观结构研究领域非常热门的相场模型 ,微观上探索过冷
度对冰晶组织的形成规律和控制方法 ,结果表明 ,过冷度是造成冷冻浓缩冰晶夹带率的重要影响因素之一 .
关 键 词 :冷冻浓缩 ,过冷度 ,冰晶生长 ,相场法 ,数值模拟
中图分类号 : TS27 文献标识码 : A
随着人们生活水平的提高 ,对产品品质的要求越来越高 ,冷冻浓缩非热加工技术可以最大限度的保留
食品原有的生鲜风味和营养 ,特别适用于含挥发性芳香物的热敏性液态食品 、生物制药 、要求保留良好色
香味的饮品及高档中药等产品的浓缩 ,将成为食品加工技术研究的热点之一 .但冷冻浓缩产生的冰晶夹带
率比较高 ,且难以分离 ,从而限制了它的推广与使用 .长期以来 ,为解决冰晶夹带问题 ,国内外学者大多把
目光停留在单位冰晶体积的层面上 ,主要凭经验或以实测资料为依据来控制冰晶的生长过程
[1 3]
.尽管做
了不懈的努力 ,但是对于冰晶长大现象的认识很大程度上仍主要凭经验或以实测资料为依据来控制冰晶的
生长过程 .相场法(
p
hase‐field method)是国外金属微观结构研究领域非常热门的数值模拟方法 ,在 80 年
代中期 ,Langer
[4]
,Caginalp
[5 7]
提出相场模型 ,以克服界面追踪法的缺点可以描述枝晶的生长过程 ,避免
跟踪固液界面的位置与形状 ,是近年来形貌形成过程最常用的研究方法
[8 9]
,是目前凝固组织模拟中最有
潜力的方法 .
在相场法中 ,固/液界面不再是厚度为零的尖锐界面 ,而是具有一定厚度的弥散界面 .相场模型的基础
是 Ginzburg‐Landau 方程 ,通过引入一个或一组仅在界面区域急剧变化但在空间上仍然保持光滑性的场变
量 ——— 序参量场来描述不同的相(如等于 1 时表示固相 ;等于 - 1 或 0 时表示液相 ;其它值时为界面) ,并与
其它场变量(如溶质场 、温度场 、应力场等)结合起来描述组织演化问题 .
相场方程和温度场方程 .为了方便计算 ,将相场模型方程无量纲化 .引入长度尺度 w 为参考尺度 ,代
表系统的几何尺度 ,热扩散时间
w
2
D
T
,D
T
为液相水的热扩散率 ,以此作为参考时间尺度 ,则 :
x
=
x
w
(1)
t
=
t
w
2
D
T
(2)
①
收稿日期 : 2009 09 02
基金项目 : 福建省自然科学基金项目“相场法模拟冷冻浓缩冰晶生长机制”(2009J01233) .
作者简介 : 陈梅英 (1972 ) ,女 ,福建莆田人 ,讲师 ,博士 ,主要从事食品工程和食品安全研究 .
通讯作者 :陈锦权 ,教授 ,博士生导师 .
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