超高压加工过程热特性与温度场模拟的研究

农产品物料（食品或生物材料）的超高压加工是一项发展迅速的国际前沿新技术。超高压加工时，在高压腔内压力是各向均匀的，但热特性与温度场却不断变化，对超高压加工有很复杂的影响。由于能耐超高压的测试设备欠缺，使得农产品超高压加工相关基础数据有限，成为影响超高压加工新技术应用的一个重要瓶颈。本项目将：(1)通过建立能在超高压下(≤1500MPa)工作的多点温度测试系统，测量物料的绝热压缩升温、高压腔内温度场变化；(2)测量不同物料在超高压下(≤700MPa)的热传导、热扩散、比热参数；(3)建立超高压加工热动态系统数学模型，用实测数据作参数标定与模型验证，进行系统模拟和温度场调控研究；(4)探索专门针对超高压加工过程的压力-热和传热新模型, 强化超高压加工的理论基础。通过项目的研究，取得超高压加工过程的基础数据与模型，以提高农产品超高压加工的品质，提升我国超高压技术的研究与应用水平。

超高压加工是一项农产品加工新技术，实现杀灭微生物或者提高农产品品质。超高压加工过程中农产品物料的热特性与温度场分布是超高压加工这项新技术研究的热点与难点问题。目前国内的超高压设备功能不够完善，缺乏能在超高压下有效工作的温度检测与调控设备，制约了超高压加工过程中农产品物料热特性的研究。项目针对这些问题进行了深入的研究。通过在现有超高压设备上加装温度检测与控制装置，实现了超高压下的多点温度监控。测定不同农产品物料在不同处理条件下的绝热压缩升温值，研究并分析了农产品的成分组成、处理压力和初始温度对其绝热压缩升温值的影响，结果发现:脂肪类物料的绝热压缩升温值（7.3~10.7℃/100MPa）较其他高含水率物料的（2.6~4.0℃/100MPa）要高，且随压力的增大而减小，高含水率物料的绝热压缩升温值随初始温度的升高表现出增大的趋势，而脂肪类物料的变化则不明显；采用双针热线法在不同压力和温度条件下检测了不同农产品物料的热传导系数、热扩散系数和比热等热特性参数, 结果发现：所测农产品物料的热传导率和热扩散率随着压力的增大而增大，而其比热随压力的增大而减小；提出了农产品物料超高压下的绝热压缩升温值、热特性参数关于处理压力和温度的函数关系，并拟合得到了预测模型。使用这些模型可以较好地预测超高压加工过程中的温度变化，并加以准确调控，提升超高压加工（杀菌）的品质。超高压协同热效应杀灭牛奶中大肠杆菌的研究表明合理利用超高压过程中的热效应能减少使用压力，进而可以有效地降低超高压产品的生产成本。通过此项目的研究，取得了超高压加工过程的基础数据与模型，有助于提升我国超高压技术的研究与应用水平。