傳熱學(xué)理論在食品冷鏈物流中的應(yīng)用

[摘 要] 目前，食品冷鏈物流對(duì)于食品安全的重要性越來(lái)越受到廣大消費(fèi)者的重視，本文應(yīng)用傳熱學(xué)的基礎(chǔ)理論，分析了食品冷鏈物流中存在的熱傳遞問(wèn)題，闡明了傳熱規(guī)律的分析在食品冷鏈物流運(yùn)作中食品加工，設(shè)備的選擇等環(huán)節(jié)中的重要作用。

[關(guān)鍵詞] 食品冷鏈物流 傳熱學(xué)理論

近年來(lái)，隨著人們生活水平的不斷提高，食品安全越來(lái)越受到廣大消費(fèi)者的重視，食品冷鏈物流就是為確保易腐食品的加工、運(yùn)輸和銷(xiāo)售而建立起來(lái)的一項(xiàng)系統(tǒng)工程，從原料的采摘、捕、收購(gòu)等環(huán)節(jié)、生產(chǎn)、加工、運(yùn)輸、貯藏、銷(xiāo)售流通的整個(gè)過(guò)程中，始終保持合適的低溫條件，以保證食品的質(zhì)量，減少損耗。在食品的冷鏈物流過(guò)程中，始終伴隨著熱量的傳遞現(xiàn)象，本文將討論傳熱學(xué)的基本理論在食品冷鏈物流過(guò)程中的應(yīng)用。

一、傳熱學(xué)的概念

傳熱學(xué)是研究在溫差作用下的熱量傳遞規(guī)律的一門(mén)學(xué)科，熱量傳遞可以通過(guò)三種不同的方式進(jìn)行，即熱傳導(dǎo)、對(duì)流換熱和輻射換熱，三種傳熱方式遵循著各自不同的基本定律。在傳熱過(guò)程中，為提高熱能利用的經(jīng)濟(jì)性而采取的增強(qiáng)或削弱傳熱的種種措施，都來(lái)源于對(duì)三種基本傳熱方式基本規(guī)律的研究。

在食品生產(chǎn)和運(yùn)輸過(guò)程中，傳熱問(wèn)題通?？煞譃閮深?lèi)：一類(lèi)是要求設(shè)備傳熱性能良好，以達(dá)到挖掘傳熱設(shè)備的潛力或縮小傳熱設(shè)備的尺寸，并完成所有要求的傳熱任務(wù)的目的；另一類(lèi)是減少或抑制熱量的傳遞，以達(dá)到節(jié)約能量，維持操作穩(wěn)定，改善操作人員的勞動(dòng)條件等目的。

二、食品冷藏鏈的組成

食品冷藏鏈?zhǔn)侵敢赘称吩谏a(chǎn)、貯藏、運(yùn)輸、銷(xiāo)售直至消費(fèi)前的各個(gè)環(huán)節(jié)中始終處于規(guī)定的低溫環(huán)境下，以保證食品質(zhì)量，減少食品損耗的一項(xiàng)系統(tǒng)工程。按食品從加工到消費(fèi)所經(jīng)過(guò)的時(shí)間順序分類(lèi)，食品冷藏鏈由冷凍加工、冷凍貯藏、冷藏運(yùn)輸和冷凍銷(xiāo)售四個(gè)方面構(gòu)成。冷凍加工包括肉類(lèi)、魚(yú)類(lèi)的冷卻與凍結(jié)，果蔬的預(yù)冷與速凍，各種冷凍食品的加工等，主要涉及冷卻與凍結(jié)裝置；冷凍貯藏包括食品的冷藏和凍藏，主要涉及各類(lèi)冷藏庫(kù)、冷藏柜、凍結(jié)柜及家用冰箱等；冷藏運(yùn)輸包括食品的中、長(zhǎng)途運(yùn)輸及短途送貨等，主要涉及鐵路冷藏車(chē)、冷藏汽車(chē)、冷藏船、冷藏集裝箱等低溫運(yùn)輸工具。冷凍銷(xiāo)售包括冷凍食品的批發(fā)及零售等，由生產(chǎn)廠家、批發(fā)商和零售商共同完成。按食品冷藏鏈中各環(huán)節(jié)的裝置分類(lèi)，可分為固定的裝置和流動(dòng)的裝置。固定的裝置包括冷藏庫(kù)、冷藏柜、家用冰箱、超市冷藏陳列柜等。冷藏庫(kù)主要完成食品的收集、加工、貯藏及分配；冷藏柜和冷藏陳列柜主要完成供機(jī)關(guān)團(tuán)體的食堂及食品零售用；家用冰箱主要是為冷凍食品的家庭供應(yīng)所用；流動(dòng)的裝置包括鐵路冷藏車(chē)、冷藏汽車(chē)、冷藏船和冷藏集裝箱等。

三、傳熱學(xué)理論在食品冷鏈物流中的應(yīng)用

1.食品熱性質(zhì)參數(shù)在食品冷鏈物流中的重要作用

食品的熱性質(zhì)參數(shù)包括比熱容、熱導(dǎo)率和熱擴(kuò)散系數(shù)等。比熱容是單位質(zhì)量產(chǎn)品在不改變狀態(tài)情況下，溫度改變一個(gè)單位所獲得或失去的熱量。食品比熱容受到食品的組成、水分含量、溫度和壓強(qiáng)等多方面的影響。食品的熱導(dǎo)率是一個(gè)用于計(jì)算傳熱速率的重要性質(zhì)。熱導(dǎo)率的定量表達(dá)是，單位時(shí)間內(nèi)，傳導(dǎo)通過(guò)單位厚度食品材料的熱量。食品熱導(dǎo)率不僅和食品材料的組分、顆粒大小等因素有關(guān)，還與材料的均勻性有關(guān)。食品的熱擴(kuò)散系數(shù)是一個(gè)與熱導(dǎo)率、密度和比熱容相關(guān)的比值，反映了材料在傳熱過(guò)程中溫度的傳遞速率。在進(jìn)行食品加工過(guò)程或運(yùn)輸加工設(shè)備設(shè)計(jì)時(shí)，我們就需要了解食品和設(shè)備材料的比熱容、熱導(dǎo)率和熱擴(kuò)散系數(shù)等熱性質(zhì)參數(shù)。

2.傳熱模型在食品冷鏈物流中的應(yīng)用

在食品冷鏈物流過(guò)程中，伴隨著導(dǎo)熱、對(duì)流和熱輻射三種傳遞熱量的方式。例如，蔬菜、水果在其貯藏、加工、運(yùn)輸過(guò)程中均伴隨熱量的交換和傳遞，對(duì)這些加工工藝及其設(shè)備的設(shè)計(jì)，都需了解熱傳遞過(guò)程中的熱流量以及食品各處各時(shí)刻的溫度分布，這些問(wèn)題的解決就需要應(yīng)用定量的手段給以解決。傳熱模型就是通過(guò)大量實(shí)驗(yàn)總結(jié)的規(guī)律，建立合理的物理模型和數(shù)學(xué)模型，然后利用數(shù)學(xué)分析方法進(jìn)行求解，對(duì)難以利用解析法求解的問(wèn)題，可以用數(shù)值求解方法和電阻計(jì)算機(jī)進(jìn)行求解。

3.食品冷鏈物流中的穩(wěn)態(tài)傳熱情況

在食品冷鏈物流過(guò)程中，對(duì)于傳熱問(wèn)題，通常要考慮穩(wěn)態(tài)和非穩(wěn)態(tài)條件。穩(wěn)態(tài)條件傳熱意味著物體內(nèi)部的溫度場(chǎng)分布不隨時(shí)間而變，但物體內(nèi)部不同部位溫度可以不同。在非穩(wěn)態(tài)條件下，溫度同時(shí)隨位置和時(shí)間而變。比如，在食品貯藏冷庫(kù)中，冷庫(kù)墻內(nèi)壁溫度由制冷作用維持在6℃，而墻外溫度日夜都在變化。假定一天中有幾個(gè)小時(shí)的溫度維持在20℃不變，那么，在此時(shí)間段內(nèi)熱量從墻外傳入冷庫(kù)的條件就是穩(wěn)態(tài)條件。墻截面上任何位置的溫度將維持不變，但這一點(diǎn)的溫度與墻內(nèi)傳熱方向上其他位置的溫度是不同的。雖然真正的穩(wěn)態(tài)條件很少見(jiàn)，但它們的數(shù)學(xué)分析卻很容易，因此，在大多數(shù)情況下，我們總是用穩(wěn)態(tài)條件來(lái)對(duì)給定問(wèn)題進(jìn)行分析，以獲得有用的設(shè)備和加工過(guò)程設(shè)計(jì)的信息。

4.食品冷鏈物流中的非穩(wěn)態(tài)傳熱情況

非穩(wěn)態(tài)傳熱是溫度隨位置和時(shí)間而變的加熱或冷卻過(guò)程。在穩(wěn)態(tài)傳熱中，溫度只與位置有關(guān)。但是，當(dāng)食品在冷卻和熱加工中，整個(gè)過(guò)程可以發(fā)生在非穩(wěn)態(tài)時(shí)期，因此非穩(wěn)態(tài)期是食品物流過(guò)程中的重要時(shí)間段，這類(lèi)過(guò)程設(shè)計(jì)必須對(duì)溫度隨時(shí)間變化的非穩(wěn)態(tài)期加以分析。比如，在上述的冷庫(kù)中，如果墻外的溫度是變化的，例如增加到30℃左右，那么，通過(guò)墻的傳熱是非穩(wěn)態(tài)的，因?yàn)榇藭r(shí)墻內(nèi)的溫度將隨時(shí)間和位置而發(fā)生變化。這時(shí)，就需要建立非穩(wěn)態(tài)的傳熱計(jì)算模型來(lái)進(jìn)行分析。

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