1. 研究目的与意义（文献综述包含参考文献）

文 献 综 述

1前言

我国是一个农业大国果蔬及土特产资源丰富，品种繁多,而且品质优良, 价格低廉^[1]。蔬菜和水果中含有大量的有机物、维生素、无机盐和碳水化合物，是我们日常食物的重要来源和必不可少的食物^[2]。

新鲜果蔬产品收获期相对集中、季节性强、产量高等特点，随时间的延长，鲜果蔬的色泽、风味、形状、品质都会变差。因此，加速了果蔬脱水干制品的发展。果蔬脱水干制使果蔬的含水率迅速降低，果蔬中中的各种营养成分损失较小，有较好的复水性，复水后可以基本恢复原有的营养和风味成分^[2]。

2果蔬干燥的原理

机理：干燥物与果蔬之间发生热质交换的过程，干燥物通过果蔬表面把热量传递到果蔬内部，果蔬的水分通过果蔬表面传递到物体外，使果蔬变干。因为干燥物和湿物之间存在温度差，是使水份扩散实现干燥的主要动力^[2]。

3果蔬干燥技术

3.1真空干燥冷冻技术

真空冷冻技术包括真空技术、冷冻技术、干燥技术，真空冷冻技术可以快速的吸水恢复原有的外观和品质，可以最大限度的保持食物原有的色香味、营养物质和生物活性。且易于运输、食用简单方便和重量轻等优点。真空干燥冷冻技术是目前应用较为广泛的干燥技术之一^[3]。

3.2微波－热风联合干燥

微波干燥（Microwave drying，MD ）的优点：具有热效率 高、干燥速度快、加热均匀、无污染。最大、缺陷是加热过程中温度的不均匀性，从而导致产品品质不佳。干燥初期物料含水率高，吸收微波能多，产品容易出现破损现象，微波功率大于500W时会发生放电现象^［5］。

Varith 等^［6］对去皮龙眼进行了MW－热风( HA) 联合干燥研究表明，MW－HA 联合干燥使单位能耗降低了48.2%，干燥时间减少了64.3% 。Karaaslan等^［7］研究了干燥温度、微波功率等因素对菠菜 MW－对流联合干燥时间、和颜色变化的影响。

章 斌 等^［8］研究结果表明香焦HA－MW联合干燥方式的干燥速率快、能耗低、产品品质与冷冻干燥( FD)的产品相近。

3.3冷冻－热风联合干燥

冷冻干燥( Freeze drying, FD)又称升华干燥是将果蔬冷冻到低于冰点温度，使果蔬中的水变为冰，然后在较高温度下将冰转化为蒸汽而除去水的一种干燥方法。

李瑞杰等^［23］以草莓为研究对象，采用 FD 与后续微波真空干燥的方式开发出一种休闲食品。FD－微波真空干燥联合干燥的脱水草莓品质接近于FD干燥。且草莓干燥时间缩短了51%，较大程度的降低了能耗，而且产品口感得到进一步的提高。

3.4渗透脱水－热风联合干燥

渗透脱水( Osmotic dehydration，OD) 可以在较短的时间内除去果蔬中的水分而不损坏其组织结构，具有原果蔬应有的风味、色泽、结构、营养及感官品质。此外，OD也可以与干燥、冷冻、杀菌、罐藏等方法联合使用，因此得到了国内外食品界的广泛关注^［5,9］ ， 由于OD是靠细胞膜两端的渗透压差来促进传质，所以静止的 OD 是个比较缓慢的过程，为了加大OD过程中固-液传递，将超声波、真空、微波加热、离心等高新技术应用在果蔬渗透脱水中，对提高物质迁移速率取得了显著进展^［10］。

3.5低压过热蒸汽－远红外联合干燥

低压过热蒸汽干燥( Lowp ressure superheated steam drying，LPSSD)，在压力降低的情况下，温度低于100℃就可以产生的蒸汽，所以对于由高温引起的质量恶化情况得到改善。

Nimmol等^{［11－12］}研究了LPSSD－FIR时介质温度、压力对香蕉品质的影响，对VD－FIR与LPSSD的比较发现，与LPSSD 所用的时间比VD－FIR和LPSSD－FIR短，且能耗降低。LPSSD－FIR联合干燥香蕉片的最佳工艺条件为: 80～90℃ 、7kPa。

3.7热泵－热风联合干燥

热泵干燥(Heat pump drying，HPD) 具有能耗低、干燥效率高、不依赖外界环境、易于控制、环境友好等优点。

徐建国等^［13］采用HPD－HA 联合干燥胡萝卜片，对干燥温度空气速度等参数进行了探索，研究了干燥过程的特征，确定了前期低温HPD、后期短时HAD的联合干燥方式。

3.8微波真空－热风联合干燥

微波真空干燥( Microwave vacuum drying，MVD) 是一个干燥单元与其它干燥方式联合。

黄建立等^［25］将银耳的复水比、收缩率、感官质量以及单位能耗作为评价指标，研究微波强度和热风温度转换点含水率对银耳品质和能耗的影响。

3.9微波真空干燥

微波真空干燥( MVD，microwave-vacuum drying)继承了微波干燥速度快、真空干燥温度低等优点。与传统的热风干燥相比微波真空干燥大幅度缩短了干燥时间、降低能耗果蔬品质高等优点，是一种新型的干燥技术^［14］。

微波真空干燥设备由微波发声器、物料转盘、真空系统和自动控制系统^［15］四部分组成（如图1），微波真空干燥的原理,：微波发生器产生的微波被辐射到果蔬内，使果蔬中的水等极性分子随微波频率做同步高频运动，使果蔬产生摩擦热，表面和内部升温；真空状态下水的沸点降低，使物料中水分在较低的温度下沸腾蒸发，最终达到干燥物料的目的^［15-17］。

/s; t-时间，s ；T-果蔬内部某处的温度，k ；

同理，应用费克定律可得其传质方程为：

（2）

式（2）中，D-果蔬的水分扩散系数，m/s ；M-果蔬内某处的湿基含水率，

初始条件：设定果蔬热质传递方程的初始条件为：

T|=T=293K,M|=M=0.88 , (3)

式（3）中：T-果蔬的初始温度，k ; M-果蔬的初始含水率。

6.3 边界条件

考虑到真空室内果蔬的传热方式有热传导、对流换热和辐射换热等,于是果蔬

热质传递方程的边界条件如下:

式（4）中；λ-果蔬的导热系数,W/(M.k)；h-对流换热系数，W/(m.k) ；T-箱内温度，k ；ε-果蔬表面黑度，ρ-果蔬密度，kg/m ；η-汽化潜热系数，J/kg ;C-水蒸气比热容，J/(kg.k ）；V-果蔬的体积，m；A-果蔬的表 面积，m ；h-对流传质系数，m/s ;M-果蔬平衡干基含水率;

6.4 模拟模型求解

本文采用Fluent6.3来求解上述模型,基于有限元的有限体积法来求解方程组，首先在中建立图1所示的物理模型并进行网格划分，然后将划分好网格的物理模型导入fluent中进行 模拟求解计算，其中fluent计算器选择2d计算器，采用非耦合求解方式进行模拟计算，并激活传热计算，最后设置所建立的果蔬模型的物性参数条件和模型求解的边界条件,然后进行模型的模拟，求解计算，温度场和湿度场存在相似性，可用温度场中的温度增量ΔΤ代替湿度场中堵塞湿度增量ΔΜ，温度线膨胀系数α代替湿度线膨胀系数β，则可以将湿度场转换成温度场的问题，因此，可以利用温度场来模拟温度场。

利用Fluent^[22-24]软件进行计算，果蔬物性参数如表1所示。

表1果蔬的物性^[20]

比热容 /（J/(kg.k)）	3150	初始含水率/ ％	88
密度/(kg/m)	800	导热系数/(W/(M.k))	0.83
		加热前温度/k	293

7 FLUENT模拟软件的介绍

计算流体动力学是近现代流体动力学的一个重要分支，FLUENT 软件的设计基于”CFD 软件群”思想^[25]

FLUENT软件同传统的CFD计算方法相比具有以下优点：

（1）稳定性好。 经大量实例验证FLUENT 软件的模拟结果同实验结果吻合度高。

（2）运算精度高具有二阶计算精度。

（3）适用范围广。

（4）高效省时。

（5）先进的动/变形网格技术。

（6）强大的网格支持能力。

FLUENT软件还拥有多种基于解的网格自适应、动态自适应以及动网格与网格动态自适应相结合的技术^[26]。

8结论

目前干燥研究多偏重提高干燥速率、缩短干燥时间等方面，而对干燥过程的模型、模拟，干燥过程的传热传质机理和温度场的均匀较少。进一步完善干燥理论需进一步完善，包括几个方面: a.干燥过程模型模拟，干燥过程的传热传质机理; b.干燥工艺条件的确定，尤其是转换点含水率的合理确定，需根据物料干燥特性及干制品品质变化综合考虑。

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2. 研究的基本内容、问题解决措施及方案

主要 设计内容

1研究内容及步骤：

(1)果蔬干燥工艺过程分析及工艺参数的确定