開孔方式對(duì)甘藍(lán)差壓預(yù)冷效果影響實(shí)驗(yàn)研究

冀衛(wèi)興，牛建會(huì)

（河北建筑工程學(xué)院，河北 張家口 075024）

差壓預(yù)冷是利用差壓風(fēng)機(jī)的抽吸作用，在包裝箱的兩側(cè)形成一定壓力差，使冷空氣經(jīng)包裝箱上通風(fēng)孔強(qiáng)制通過(guò)包裝箱內(nèi)部，與果蔬表面直接進(jìn)行換熱，從而使果蔬快速、均勻地冷卻到工藝要求的溫度范圍內(nèi)的預(yù)冷方法。由于差壓預(yù)冷裝置僅是在普通冷庫(kù)基礎(chǔ)上增加一個(gè)靜壓箱和一個(gè)差壓風(fēng)機(jī)而構(gòu)成，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單并且易于應(yīng)用，但包裝箱的開孔形狀和大小直接影響冷風(fēng)在包裝箱內(nèi)的分布及壓降，也是影響預(yù)冷的主要參數(shù)[1]。前人注重對(duì)包裝箱外部開孔形狀、開孔大小、開孔個(gè)數(shù)上進(jìn)行研究，但對(duì)包裝箱外部遮擋開孔形式的研究較少，本文對(duì)外部用透明聚乙烯塑料布遮擋的六個(gè)周轉(zhuǎn)箱內(nèi)的甘藍(lán)進(jìn)行差壓預(yù)冷實(shí)驗(yàn)，得出了甘藍(lán)在不同開孔方式下的預(yù)冷效果對(duì)比結(jié)果。

1 試驗(yàn)裝置

實(shí)驗(yàn)用周轉(zhuǎn)箱四周有大小均勻的長(zhǎng)方形條狀孔，單個(gè)周轉(zhuǎn)箱的外形尺寸長(zhǎng)×寬×高為500 mm×330 mm×280 mm，實(shí)驗(yàn)中采用6 個(gè)大小相同的周轉(zhuǎn)箱，6 個(gè)周轉(zhuǎn)箱上下前后堆碼，在6 個(gè)周轉(zhuǎn)箱整體的4 個(gè)面上用聚乙烯塑料布遮擋，其中在兩個(gè)側(cè)面上開有若干個(gè)通風(fēng)孔，其開孔形式見2 開孔方式設(shè)計(jì)，冷空氣在差壓風(fēng)機(jī)的抽吸作用下經(jīng)過(guò)外部?jī)蓚?cè)通風(fēng)孔進(jìn)入周轉(zhuǎn)箱內(nèi)部與甘藍(lán)直接接觸進(jìn)行換熱，其差壓預(yù)冷實(shí)驗(yàn)裝置如圖1 所示。冷庫(kù)內(nèi)冷空氣溫度設(shè)定為（1±0.5）℃，濕度為85%～95%，差壓風(fēng)機(jī)頻率設(shè)定為55 Hz，甘藍(lán)大小均勻，菜葉無(wú)破損變色，菜體堅(jiān)實(shí)，平均直徑為140 mm。

圖1 差壓預(yù)冷實(shí)驗(yàn)裝置圖Fig.1 Experimental device of forced air pre-cooling

2 開孔方式設(shè)計(jì)

實(shí)驗(yàn)中采用五種不同外部開孔方式分別進(jìn)行差壓預(yù)冷實(shí)驗(yàn)，五種開孔方式的開孔率依次增大，開孔特點(diǎn)和形式如圖2、3、4、5、6 所示。

圖2 28 個(gè)孔Fig.2 28 holes

3 溫度測(cè)點(diǎn)布置

圖3 32 個(gè)非均勻孔Fig.3 32 non-uniform holes

圖4 32 個(gè)均勻孔Fig.4 32 uniform holes

圖5 40 個(gè)孔Fig.5 40 holes

圖6 50 個(gè)孔Fig.6 50 holes

實(shí)驗(yàn)中在每個(gè)周轉(zhuǎn)箱內(nèi)容納上下兩層甘藍(lán)，上下兩層按照平方間隔排列方式進(jìn)行排列，下一層為第1層，上面一層為第2 層，兩層內(nèi)各甘藍(lán)編號(hào)相同如圖7所示，熱電偶布置在每個(gè)甘藍(lán)的中心及1/2R 位置處，測(cè)量預(yù)冷過(guò)程該點(diǎn)溫度變化。

圖7 周轉(zhuǎn)箱內(nèi)各層甘藍(lán)編號(hào)及位置圖Fig.7 The cabbages number and location in different layers of translate box

4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

4.1 中心溫度降溫特點(diǎn)分析

預(yù)冷速度越快，去除果蔬田間熱時(shí)間越短，越有利于抑制其呼吸作用，保持果蔬品質(zhì)。5 種不同開孔方式下，周轉(zhuǎn)箱內(nèi)不同位置處甘藍(lán)中心溫度降溫過(guò)程如圖8～圖13 所示。

從圖8～圖13 可以看出，預(yù)冷初始階段每種開孔方式下降溫曲線斜率都較平緩，外部開孔方式對(duì)預(yù)冷降溫速度影響不大，且降溫速度均較緩慢，隨預(yù)冷時(shí)間增加，降溫速度加快且降溫速度之間開始有明顯差距。在外部開孔為40 個(gè)孔時(shí)曲線斜率最大，表明在外部開孔為40 個(gè)孔時(shí)降溫速率最大。例如圖8 中，降溫20 min 時(shí)，外部開孔在五種開孔方式下其溫度降低值依次為0.78、0.77、0.56、0.86、0.58 ℃。降溫幅度最大的與降溫幅度最小的相比只多降低0.3 ℃；預(yù)冷到40 min時(shí)，降溫幅度最大的與降溫幅度最小的相比多降低0.6 ℃，可見初始階段在五種開孔方式下其預(yù)冷降溫速度相當(dāng)。隨著預(yù)冷時(shí)間的增加，降溫速度開始有明顯差距，外部開孔為40 個(gè)孔時(shí)的降溫速率明顯高于其它開孔方式下的降溫速率。例如在預(yù)冷到60 min 時(shí)，外部開孔為40 個(gè)孔的其溫度降低2.32 ℃，溫度降低幅度最大，與溫度降低幅度最小的相比相差1.26 ℃；在預(yù)冷到180 min 時(shí)，外部開孔為40 個(gè)孔溫度降低10.12 ℃，溫度降低幅度最大，與溫度降低幅度最小的相比相差2.52 ℃。由此可見5 種開孔方式中外部開孔方式為40 個(gè)孔的在預(yù)冷過(guò)程中降溫速率最大，應(yīng)優(yōu)先考慮采用。圖9～圖13 具有和圖8 相同的降溫特點(diǎn)。

圖8 1#箱第一層2#菜中心溫度Fig.8 Core temperature of 2#cabbage in the first layer of 1#translate box

圖9 5#箱第一層2#菜中心溫度Fig.9 Core temperature of 2#cabbage in the first layer of 5#translate box

圖10 2#箱第一層6#菜中心溫度Fig.10 Core temperature of 6#cabbage in the first layer of 2#translate box

圖11 6#箱第一層6#菜中心溫度Fig.11 Core temperature of 6#cabbage in the first layer of 6#translate box

圖12 3#箱第二層10#菜中心溫度Fig.12 Core temperature of 10#cabbage in the second layer of 3#translate box

圖13 4#箱第二層6#菜中心溫度Fig.13 Core temperature of 6#cabbage in the second layer of 4#translate box

4.2 1/2R 處溫度降溫特點(diǎn)分析

1/2R 處溫度降溫特點(diǎn)分析，見圖14～圖18。

從圖14～圖18 可以看出，甘藍(lán)1/2R 處溫度在預(yù)冷時(shí)間約為200 min 時(shí)達(dá)到預(yù)冷的要求，但在預(yù)冷降溫初始階段其預(yù)冷速度均較快，后期越來(lái)越慢，這是由于隨著預(yù)冷時(shí)間的增加，冷空氣和甘藍(lán)之間的溫差越來(lái)越小，導(dǎo)致其預(yù)冷降溫速度越來(lái)越小。但5 種不同開孔方式中40 個(gè)孔的降溫速度仍最大，因此40 個(gè)孔應(yīng)優(yōu)先考慮采用。

4.3 開孔方式對(duì)預(yù)冷均勻性的影響

為了衡量不同開孔方式對(duì)處在不同位置處甘藍(lán)預(yù)冷的均勻性，本文采用樣本標(biāo)準(zhǔn)差來(lái)反映預(yù)冷均勻度，其數(shù)學(xué)表達(dá)式為[2]

圖14 1#箱第一層2#菜1/2R 處溫度Fig.14 1/2R temperature of 2#cabbage in the first layer of 1#translate box

圖15 1#箱第二層3#菜1/2R 處溫度Fig.15 1/2R temperature of 3#cabbage in the second layer of 1#translate box

圖16 2#箱第一層6#菜1/2R 處溫度Fig.16 1/2R temperature of 2#cabbage in the first layer of 6#translate box

圖17 4#箱第二層6#菜1/2R 處溫度Fig.17 1/2R temperature of 6#cabbage in the second layer of 4#translate box

圖18 6#箱第一層6#菜1/2R 處溫度Fig.18 1/2R temperature of 6#cabbage in the first layer of 6#translate box

σ 值越小，表示溫度分布越均勻，預(yù)冷溫度均勻的果蔬可以減少儲(chǔ)運(yùn)過(guò)程中由于相互傳熱回溫造成的果體溫度波動(dòng)，較好的保持果蔬鮮度，防止腐爛[3]。5 種不同開孔方式下，6 個(gè)周轉(zhuǎn)箱內(nèi)第一層甘藍(lán)取24 個(gè)測(cè)點(diǎn)冷卻6 h 時(shí)的溫度分布均勻度如圖19 所示。

由圖19 可知隨著外部開孔率從28 個(gè)孔的18.9%增大到40 個(gè)孔的29.6%，對(duì)應(yīng)的均勻度隨之變小，當(dāng)外部開孔率增大到50 個(gè)孔的36.2%時(shí)，其均勻度急劇增加，即位于差壓風(fēng)機(jī)前后的周轉(zhuǎn)箱內(nèi)的甘藍(lán)預(yù)冷均勻性在外部開孔方式為40 個(gè)孔的情況下最好，其預(yù)冷終了時(shí)的各甘藍(lán)中心溫度基本達(dá)到預(yù)冷的要求。此時(shí)外部開孔特點(diǎn)為在兩個(gè)側(cè)面開8 列5 排共40 個(gè)孔，其中最下面2 排孔徑均為R=30 mm，其余的全部為R=40 mm，開孔率為29.6%。

圖19 不同開孔方式下的溫度均勻度對(duì)比圖Fig.19 Temperature uniformity under different modes of openings

5 結(jié)論

預(yù)冷降溫速度和預(yù)冷均勻性是保證果蔬品質(zhì)的關(guān)鍵，分別對(duì)甘藍(lán)在5 種不同開孔方式下進(jìn)行差壓預(yù)冷降溫實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明：在預(yù)冷初始階段，五種不同開孔方式對(duì)甘藍(lán)中心溫度降溫幅度相當(dāng)，降溫速度差距不大，但隨預(yù)冷時(shí)間的增長(zhǎng)，降溫幅度差距越來(lái)越大，通過(guò)對(duì)比甘藍(lán)在預(yù)冷過(guò)程中心溫度和1/2R 處溫度降溫過(guò)程的特點(diǎn)，可知外部開孔方式為40 個(gè)孔的預(yù)冷速度最快。通過(guò)計(jì)算五種不同開孔方式下周轉(zhuǎn)箱內(nèi)甘藍(lán)預(yù)冷均勻性可知：外部開孔方式為40 個(gè)孔時(shí)預(yù)冷過(guò)程中各周轉(zhuǎn)箱內(nèi)甘藍(lán)預(yù)冷均勻性最好。綜合甘藍(lán)預(yù)冷特點(diǎn)和預(yù)冷均勻性可知外部開孔應(yīng)優(yōu)先考慮采用40 個(gè)孔的，此種開孔方式的特點(diǎn)是在兩個(gè)側(cè)面開8 列5 排共40 個(gè)孔，其中最下面2 排孔較小，其孔徑均為R=30 mm，而其余的全部為R=40 mm，開孔率為29.6%。

[1]楊州,黃燕娟,趙春娥.果蔬通風(fēng)預(yù)冷技術(shù)研究進(jìn)展[J].中國(guó)農(nóng)學(xué)通報(bào),2006,22(9)：471-474

[2]莊楚強(qiáng),何春雄.應(yīng)用數(shù)理統(tǒng)計(jì)基礎(chǔ)[M].廣州：華南理工大學(xué)出版社,2006：34

[3]王強(qiáng),陳煥新,董德發(fā).黃金梨差壓預(yù)冷送風(fēng)速度的選擇[J].制冷學(xué)報(bào),2008,29(4)：59-62