基于液氣射流的負壓蒸汽加熱系統(tǒng)設(shè)計與試驗

孫奉辰 蔡紅珍 祁志強 高鋒 劉玉鳳 劉德營

摘要：針對當前100 ℃以下的低溫加熱工藝在農(nóng)業(yè)、化工、食品加工業(yè)中存在加熱效率低、溫度難以精確維持、自動化程度低、設(shè)備成本高等問題，集成射流泵抽空技術(shù)、PLC控制技術(shù)、控溫調(diào)壓技術(shù)，設(shè)計開發(fā)一種基于液氣射流的負壓蒸汽加熱系統(tǒng)。該系統(tǒng)由智能控制系統(tǒng)、液氣射流真空循環(huán)系統(tǒng)、降溫調(diào)壓系統(tǒng)和循環(huán)水調(diào)節(jié)系統(tǒng)組成，通過液氣射流泵抽空提供蒸汽負壓環(huán)境，結(jié)合減溫減壓裝置和PLC智能控制系統(tǒng)對負壓蒸汽進行控制，實現(xiàn)負壓蒸汽對物料的精準自動化加熱。詳細闡述負壓蒸汽加熱系統(tǒng)的工作原理，確定關(guān)鍵部件射流泵設(shè)計結(jié)構(gòu)和相關(guān)參數(shù)，并對其進行流體數(shù)值模擬的相關(guān)驗證，模擬結(jié)果與實際誤差在10%以內(nèi)，表明射流泵設(shè)計合理可靠性高。對系統(tǒng)的加熱性能進行試驗，結(jié)果表明：基于液氣射流的負壓蒸汽加熱系統(tǒng)可以精確控制蒸汽溫度進行加熱，同時加熱溫度曲線平緩，快速升溫階段真空度上下浮動0.003 MPa，平衡階段真空度上下浮動0.002 MPa，加熱溫度浮動也在±1 ℃，更好地適應(yīng)不同物料的加熱溫度，在加熱效率方面優(yōu)于水浴加熱約2倍。該研究可解決傳統(tǒng)水浴加熱顯熱加熱不均勻、控制精度差、加熱過程緩慢、生產(chǎn)能力較低等問題，為農(nóng)產(chǎn)品、化工產(chǎn)品深加工的加熱方式、系統(tǒng)及裝置提供新的思路與參考。

關(guān)鍵詞：低溫加熱；負壓蒸汽；精準控溫；數(shù)值模擬；液氣射流泵

中圖分類號：S24： TK6

文獻標識碼：A

文章編號：2095-5553 （2023） 04-0104-09

Abstract： Aiming at the current problems of low heating efficiency， difficult to maintain accurate temperature， low automation and high equipment cost in agriculture， chemical and food processing industries for low temperature heating process below 100 ℃， a negative pressure steam heating system based on liquid-air jet is designed and developed by integrating jet pump evacuation technology， PLC control technology and temperature control and pressure regulation technology. The system consists of intelligent control system， liquid-air jet vacuum circulation system， temperature reduction and pressure regulation system and circulating water regulation system， which provides negative pressure environment of steam through liquid-air jet pump evacuation， combined with temperature and pressure reduction device and PLC intelligent control system to control the negative pressure steam and realize the precise automatic heating of materials by negative pressure steam. The working principle of the negative-pressure steam heating system is elaborated， the design structure and relevant parameters of the key component jet pump are determined， and the relevant verification of the fluid numerical simulation is carried out， and the simulation results are within 10% error from the actual one， which shows that the jet pump design is reasonable and reliable. The heating performance of the system is tested， and the results show that the negative pressure steam heating system based on liquid-air jet can precisely control the steam temperature for heating， while the heating temperature curve is gentle， with the vacuum level fluctuating up and down by 0.003 MPa in the rapid heating stage and 0.002 MPa in the equilibrium stage， and the heating temperature fluctuation is also within ±1 ℃， which can better adapt to the heating temperature of different materials. The heating efficiency is about 2 times better than that of water bath heating. This study can solve the problems of uneven heating， poor control accuracy， slow heating process and low production capacity of traditional water bath heating， and provide new ideas and references for heating methods， systems and devices for deep processing of agricultural and chemical products.

Keywords： low temperature heating; negative pressure steam; accurate temperature control; numerical simulation; liquid-air jet pump

0 引言

在農(nóng)業(yè)、化工、食品等行業(yè)部分產(chǎn)品開發(fā)和生產(chǎn)過程中，溫度控制至關(guān)重要［1-6］。目前常用的低溫（30 ℃～100 ℃）加熱方式以水浴和油浴加熱為主，熱水的顯熱加熱存在不均勻、控制精度差、加熱過程緩慢、生產(chǎn)能力較低等問題［7-9］。而蒸汽作為一種清潔、安全的傳熱介質(zhì)，其傳熱系數(shù)是熱水循環(huán)和導熱油循環(huán)方式的5～10倍，具有加熱均勻、成本低、安全、具有可控性和可輸送性等特點，在加工領(lǐng)域一直受到人們的重視。隨著農(nóng)業(yè)、食品加工業(yè)的發(fā)展，低溫蒸汽的價值逐漸被發(fā)掘并利用，但在產(chǎn)業(yè)化的道路上還相差甚遠［10］。

目前，蒸汽作為熱源一般都是高溫蒸汽（100 ℃以上），低溫蒸汽和負壓加工技術(shù)的利用在各種食品等加工業(yè)中都能產(chǎn)生較好的效果［11-17］，卻無法進行大規(guī)模應(yīng)用和產(chǎn)業(yè)化，整個技術(shù)的應(yīng)用存在局限性。國內(nèi)對低于100 ℃的低溫加熱研究還局限于對反應(yīng)釜本身的結(jié)構(gòu)改善或利用二次蒸汽進行間接換熱。徐曉光等［18］設(shè)計了一種利用85 ℃熱水進行加熱的偏心式攪拌反應(yīng)釜避免加熱時產(chǎn)生焦糊現(xiàn)象。方定甫［19］研制了一種循環(huán)升膜真空濃縮鍋能夠利用二次蒸汽濃縮熱敏性物料。王國君等［20］利用乙酸乙酯作為換熱介質(zhì)利用負壓二次蒸汽提純熱敏性藥物。卜銀坤［21］利用重力低位排氣法來連續(xù)獲得負壓蒸汽進行供熱采暖。而國外研制的真空蒸汽加熱設(shè)備大多太過昂貴，且設(shè)備小導致生產(chǎn)效率低下，對大型加工產(chǎn)業(yè)不友好。Rivers［22］總結(jié)了低壓蒸汽加熱真空系統(tǒng)在國外的發(fā)展概況。張立國等［23］介紹了負壓蒸發(fā)與二次蒸汽生產(chǎn)工藝流程，既節(jié)省了成本又提高了毛油浸出量。日本的化學裝置［24］期刊在1998年介紹了真空蒸汽加熱和氣化冷卻技術(shù)的原理。因此，開發(fā)一種真空蒸汽加熱裝置，實現(xiàn)農(nóng)業(yè)、食品等行業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)過程中的均勻、快速、精準加熱，對于提升行業(yè)生產(chǎn)水平具有重大意義。

本文調(diào)研不同生產(chǎn)工藝的控溫要求并針對100 ℃以下的低溫加熱問題，在大量研究參考的基礎(chǔ)上［25-28］，結(jié)合射流泵抽空技術(shù)、PLC控制技術(shù)、控溫調(diào)壓技術(shù)，設(shè)計開發(fā)了一種基于液氣射流的負壓蒸汽加熱系統(tǒng)。通過液氣射流泵抽空提供蒸汽負壓環(huán)境，結(jié)合減溫減壓裝置和PLC智能控制系統(tǒng)對負壓蒸汽進行控制，實現(xiàn)負壓蒸汽加熱系統(tǒng)對物料的精準自動化加熱。對關(guān)鍵部件射流泵設(shè)計后進行流體數(shù)值模擬，模擬結(jié)果能夠達到設(shè)計標準后進行實物制造，并在加熱系統(tǒng)中對其進行驗證試驗，使射流泵與加熱系統(tǒng)相互配合以獲得更好的工作性能。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和工作原理

1.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

負壓蒸汽加熱系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意如圖1所示，由控制系統(tǒng)、減壓系統(tǒng)、減溫系統(tǒng)、調(diào)節(jié)反饋系統(tǒng)、真空循環(huán)系統(tǒng)、反應(yīng)釜以及循環(huán)水系統(tǒng)等組成。

控制系統(tǒng)為裝載PLC控制程序的電控柜；減壓系統(tǒng)由電動減壓閥構(gòu)成；減溫系統(tǒng)由降溫水管路、降溫水噴頭、降溫水箱構(gòu)成；調(diào)節(jié)反饋系統(tǒng)由各個位置的溫度壓力傳感器構(gòu)成；真空循環(huán)系統(tǒng)由液氣射流泵、真空表和循環(huán)水泵等構(gòu)成；循環(huán)水系統(tǒng)主要是水箱及其連接的水泵。反應(yīng)釜的規(guī)格參數(shù)如表1所示。

1.2 工作原理

負壓蒸汽加熱系統(tǒng)工作時，首先通過PLC控制系統(tǒng)進行參數(shù)設(shè)定，如加熱溫度、加熱時間、攪拌速度和時間等。設(shè)定完成后，主水泵啟動，PLC程序會根據(jù)所設(shè)定加熱溫度自動調(diào)節(jié)主水泵的功率，主水泵的水在經(jīng)過射流泵后會使其吸出并裹挾吸入端（連接反應(yīng)釜夾套）內(nèi)的空氣，達到相應(yīng)飽和水蒸汽所存在需要的真空環(huán)境。在經(jīng)過一段時間后，夾套內(nèi)部真空環(huán)境保持穩(wěn)定，隨即自動開啟蒸汽的通入。熱蒸汽的狀態(tài)會由溫度壓力傳感器反饋給控制系統(tǒng)，由控制系統(tǒng)智能改變減壓閥的開度和減溫系統(tǒng)的參數(shù)，水蒸汽降壓后會被冷水噴淋降溫，為了保證調(diào)節(jié)準確性，調(diào)節(jié)后的水蒸汽性質(zhì)會再次被檢測反饋。調(diào)節(jié)后的水蒸汽隨即進入反應(yīng)釜夾套加熱物料。經(jīng)過加熱后，水蒸汽釋放潛熱轉(zhuǎn)變?yōu)橄嗤瑴囟鹊睦淠?，為了保證加熱質(zhì)量，冷凝水在疏水閥的作用下會流出夾套并被吸出進入水循環(huán)［25］。

經(jīng)過一定的加熱時間后，蒸汽輸入自動關(guān)閉，隨后真空循環(huán)系統(tǒng)關(guān)閉，系統(tǒng)進入待機狀態(tài)。利用水蒸汽加熱一方面保證了加熱效率，另一方面大大提升了加熱溫度的穩(wěn)定性，由真空度限制溫度，有效提高了物料的生產(chǎn)質(zhì)量。工作原理如圖2所示。

1.3 精確控溫原理

首先由射流泵制造并維持蒸汽輸送管路和反應(yīng)釜夾套內(nèi)的真空環(huán)境，之后高溫高壓蒸汽通入，蒸汽先經(jīng)過由控制系統(tǒng)控制開度的減壓閥，減壓后的水蒸汽為該真空環(huán)境下的過熱蒸汽，隨后進入噴水減溫區(qū)，高溫水蒸汽經(jīng)過調(diào)溫冷水的噴淋轉(zhuǎn)變?yōu)檎{(diào)溫水蒸汽和一定量的冷凝水，此時的調(diào)溫水蒸汽溫度恰好對應(yīng)真空環(huán)境的飽和蒸汽溫度，隨后送入加熱管路，而多余冷凝水則會被重新送回調(diào)溫冷水管道重復利用。調(diào)溫原理如圖3所示。

1.4 PLC電路控制原理

電路程序控制由各類傳感器和閥門完成信號傳輸和調(diào)節(jié)工作，包括真空度、溫度、水位等監(jiān)測傳感器。程序控制原理如圖4所示。在本系統(tǒng)運行中，加熱過程中的溫度變化是動態(tài)的，為了保持動態(tài)平衡，在各個控制流程中添加了負反饋調(diào)節(jié)，從而提高控制精度。

根據(jù)機組設(shè)計工況，循環(huán)水泵要求揚程≥40 m，工作流量≥10 m3/h，則根據(jù)工況選擇水泵型號為ZS65-40-200/7.5，工作流量為25 m3/h，揚程為46 m，額定功率為7.5 kW，進口管徑DN65，出口管徑DN40。

2.2 射流泵的設(shè)計參數(shù)

經(jīng)過管路排布和選型，確定射流泵入口和出口參數(shù)：進水口DN32-PN1.0、出汽液口DN65-PN1.0、吸氣口DN25-PN1.0。并通過上述設(shè)計參數(shù)和液氣射流泵抽真空設(shè)計方法［2］進行尺寸計算，得到表2的射流泵結(jié)構(gòu)尺寸。

在FLUENT中，可以通過二維圖紙或3D模型導入進行流體模擬，射流泵擁有多個圓管，不能將其作為二維平面圖進行模擬，為了保證模擬的可靠性和合理性，根據(jù)表2的結(jié)構(gòu)尺寸建立的了圖5的3D模型來進行模擬試驗。

2.3 射流泵的流體模擬

Fluent是CFD軟件中一款強大的流體模擬軟件，具有出色的計算方法的處理能力?；诖塑浖梢阅M出射流泵內(nèi)部流體的復雜狀態(tài)，在參數(shù)設(shè)置合理的條件下，通過FLUENT可以正確模擬出絕大多數(shù)流體狀態(tài)，對模擬驗證具有很大的幫助。

2.3.1 流體網(wǎng)格劃分

通過SolidWorks建立的3D射流泵模型導入到Fluent中后，首先對其進行網(wǎng)格劃分，利用Fluent自帶的space claim軟件對射流泵進行流體域抽取，并將其劃分為兩半對稱模型，此步可以極大的節(jié)省計算時間和運算成本，且模擬結(jié)果也不會有太大偏差。處理后的流體域如圖6所示。

在Fluent中導入處理后的流體模型，利用meshing對進行網(wǎng)格劃分，劃分條件6層邊界層，劃分類型采用poly hexcore，光滑過渡，最小單元格尺寸0.5 mm，生成模型網(wǎng)格單元格數(shù)量105 144個，網(wǎng)格節(jié)點290 471個。網(wǎng)格模型如圖7所示。

2.3.2 數(shù)值模擬設(shè)置

在模擬模型選擇中，選擇歐拉雙相流體模型。紊流模型采用標準SST k-Ω模型。由于模擬的是抽真空過程，流體材料選擇水和空氣。邊界條件設(shè)置中，壁面運動選擇靜止壁面，標準粗糙度模型；出口采用壓力邊界條件，設(shè)為一個大氣壓；工作水入口采用壓力邊界條件，根據(jù)水泵的壓力進行取值；被吸入口采用壓力邊界條件。求解方法選用二階迎風Coupled算法對控制方程進行求解，犧牲計算時間以提高計算精度。采用標準壁面函數(shù)法來處理壁面區(qū)的流動［28-37］。設(shè)置好模擬選項后，對解決方案使用默認初始化開始進行流體計算。

2.3.3 模擬結(jié)果分析

為了驗證抽氣性能，建立中心軸線，射流泵中心軸線的壓力分布隨位置變化如圖8所示。

從中心軸線壓力分布可以得出，工作流體水經(jīng)過入口進入噴嘴中時，壓力保持不變，從噴嘴射出后，壓力急速降低，轉(zhuǎn)化為動能，在吸入室產(chǎn)生負壓，在進入喉管后壓力又逐步上升，最后由擴壓管噴出，壓力回歸一個標準大氣壓。

可見液氣射流泵的工作原理與模擬趨勢一致：工作流體水進入工作入口時壓力保持不變，隨之進入噴嘴處時因為噴嘴管口的回縮壓力達到一個頂峰值，隨后由噴嘴射出，壓力能轉(zhuǎn)化為動能，速度達到峰值，在吸入室內(nèi)由于低壓和快速的水流使引射入口的空氣被裹挾進入射流泵，工作水和空氣一起混合進入喉管，在喉管內(nèi)進行動能和壓力能的交換，壓力隨之上升，最后達到一個平衡值，再一起進入擴散管，由于射流泵內(nèi)壓力遠大于大氣壓力，射流泵內(nèi)的氣液混合流體便由擴散管噴出，達到了抽真空的目的。

3 流體模擬預(yù)試驗

3.1 試驗條件

為了驗證射流泵能否根據(jù)不同的工況得到不同的工作性能，對射流泵開展流體模擬預(yù)試驗。水泵工作頻率分為35級工作泵壓，為保證預(yù)試驗的覆蓋性和節(jié)約時間，選取其中4個泵壓作為入口壓力，通過改變流體平面類型進行不同的抽空預(yù)試驗和流量預(yù)試驗。為了更方便地觀察對比情況，將云圖著色范圍設(shè)置為相同的取值，觀察并記錄不同工況下的壓力和流量云圖。為了保證試驗準確性，模擬迭代終止條件為：（1）所有殘差項低于10-2。（2）流量曲線穩(wěn)定。（3）流入和流出噴射泵的流量差低于10-5 kg/s。

3.2 模擬試驗

通過改變不同入口泵壓得到不同的真空度和流量能夠反映射流泵對工況的應(yīng)變情況，將其結(jié)合到PLC控制系統(tǒng)可以更好地控制系統(tǒng)運行保證工作性能。

試驗過程和方法：在抽空試驗中，由于被吸口連接反應(yīng)釜夾套為封閉容器，在模擬中可以將被吸入口設(shè)置為壁面，將觀測點設(shè)置在被吸口管路中心即可得到對應(yīng)真空度結(jié)果。在流量試驗中，被吸口吸入多余的蒸汽以及冷凝水，因此將其設(shè)置為流量入口，工作入口不變，觀測點記錄流量數(shù)據(jù)。

圖9為4組不同壓力下的模擬抽空壓力云圖，可以看到隨著工作入口的壓力不斷增大，從噴嘴噴出的水流壓力也在增大，因此裹挾的空氣更多，被吸口和吸入室真空度能夠不斷提高，最終可以達到完全真空。圖10為4組試驗條件下的流量云圖。

圖10中可以看到隨著工作流量增大，被吸口的冷凝水和蒸汽流量也在增大，并且能夠在喉管內(nèi)混合順利排出，水汽的結(jié)合湍流少。試驗說明射流泵可以在所有泵壓中得到不同的工作性能，以適應(yīng)不同溫度的加熱需求。

4 試驗與分析

4.1 試驗條件

對抽空試驗中的泵壓—真空度—抽空時間的曲線擬合和流量試驗中的工作流量-被吸流量的流量比曲線進行了試驗和測試，在室溫20 ℃～25 ℃和水溫20 ℃的初始條件下進行試驗。試驗設(shè)備：自行設(shè)計的負壓蒸汽加熱系統(tǒng)；大型夾套反應(yīng)釜2 000 L；蒸汽發(fā)生器（達能電加熱72 kW）。通過控制系統(tǒng)界面進行數(shù)據(jù)記錄。

4.2 實際抽空試驗

泵壓—真空度關(guān)聯(lián)情況是射流泵抽真空性能的重要指標，通過測試可檢驗射流泵能否達到設(shè)計參數(shù)。

試驗過程和方法：首先打開氣閥，將射流泵吸入口連接的反應(yīng)釜夾套中氣壓環(huán)境恢復一個大氣壓，通過改變不同泵壓，在真空環(huán)境穩(wěn)定后記錄真空度，可以得到實際真空度的變化數(shù)據(jù)。

圖11為泵壓與真空度關(guān)系曲線。由圖11可知，隨著泵壓的增大，真空度逐步增大，而射流泵抽空時間先增大后減小，在0.2 MPa時達到真空臨界點，之后的抽空效率逐步上升，抽空時間與抽空曲線相吻合，抽空模擬試驗與實際抽空試驗存在一定誤差，但在誤差允許范圍內(nèi)，模擬結(jié)果準確有效，證明所設(shè)計的液氣射流泵抽空性能達到設(shè)計要求。

4.5 加熱性能試驗

加熱時間和溫度穩(wěn)定性是衡量本設(shè)備加熱性能的重要指標，通過不同溫度的實際加熱試驗可檢測能否達到設(shè)計要求。

加熱性能試驗方法：在相同的初始條件下（水溫20 ℃，容量2 000 L），使用所設(shè)計的負壓蒸汽加熱系統(tǒng)在不同設(shè)定的加熱溫度（50 ℃～80 ℃）下進行加熱試驗。選取加熱時間、真空度、溫度作為記錄項，每個試驗重復測試3次，取平均值。加熱開始后3 h結(jié)束記錄。

在PLC控制程序的設(shè)定中，本設(shè)備自主設(shè)計了2套加熱方案，方案一為從始至終使用設(shè)定溫度的蒸汽進行加熱，此方案加熱速率慢，準確性強；方案二為加熱初始使用高于設(shè)定溫度的蒸汽加熱，臨近所需溫度后再將蒸汽降溫進行維持加熱，此方案加熱速率快，需要一定時間平衡溫度波動。為了節(jié)約時間成本，本試驗使用方案二。加熱溫度和真空度變化如圖13和圖14所示。

由圖13可知，本系統(tǒng)方案二由80 ℃蒸汽進行快速加熱，升到50 ℃、60 ℃、70 ℃、80 ℃所需時間分別為1 h、1.5 h、2 h、2.5 h。加熱效率遠高于傳統(tǒng)水浴加熱的2.3 h、3 h、3.8 h、4.5 h。這是由于蒸汽在夾套內(nèi)的均勻快速擴散，可以有更大的傳熱面積。而溫度的穩(wěn)定性和準確性也是水浴加熱不能比擬的，本系統(tǒng)利用蒸汽的潛熱對物料進行加熱，而潛熱在釋放的過程中，溫度沒有變化，變化的只有氣相變成水相，而相較水浴加熱是通過顯熱進行加熱，介質(zhì)進出口有溫差且難以控制，精準控溫是很難達到的。

由圖14可知，本系統(tǒng)的加熱分為3個階段，升溫階段、穩(wěn)定階段和平衡階段。升溫階段真空度穩(wěn)定在0.054 MPa上下浮動0.003 MPa，升溫階段為了更快地達到目標溫度，控溫要求往往不需要很高，因此浮動較大。而穩(wěn)定階段則需要將真空度進行細致調(diào)節(jié)，同時也對蒸汽進行微調(diào)，為進入平衡階段做好鋪墊，因此穩(wěn)定階段需要射流泵進行快速抽空，達到設(shè)定溫度所需真空度。平衡階段真空度浮動在0.002 MPa，由此保持平衡階段蒸汽溫度穩(wěn)定性，加熱溫度浮動也在±1 ℃。通過PLC控制系統(tǒng)、減溫減壓系統(tǒng)和儀表閥門之間的反饋互動對真空度的進行精準把控，使蒸汽的加熱更可控，最終本設(shè)備達到了預(yù)期的設(shè)計結(jié)果。

5 結(jié)論

1） 農(nóng)業(yè)、化工產(chǎn)業(yè)目前常用的低溫加熱方式以水浴加熱為主，針對其存在的加熱不均勻、控制精度差、加熱過程緩慢、生產(chǎn)能力較低等問題，設(shè)計了由控制系統(tǒng)、減壓系統(tǒng)、減溫系統(tǒng)、調(diào)節(jié)反饋系統(tǒng)、真空循環(huán)系統(tǒng)、反應(yīng)釜以及循環(huán)水系統(tǒng)等組成的負壓蒸汽加熱系統(tǒng)，能夠在50 ℃～100 ℃內(nèi)進行精準控溫加熱，每次最多加熱2 000 L液體物料，該系統(tǒng)通過PLC程序控制減溫減壓裝置與水泵的協(xié)調(diào)，能夠?qū)訜峤橘|(zhì)蒸汽達到精度±1 ℃的控制，并可隨時進行調(diào)節(jié)。

2） 采用液氣射流泵作為真空獲得和維持設(shè)備，根據(jù)使用工況進行設(shè)計，為了解射流泵工作性能及并驗證設(shè)計可靠性，利用FLUENT流體模擬對其進行模擬試驗并實際驗證，得到結(jié)果抽空模擬試驗與實際抽空試驗誤差小于10%，抽空時間與抽空曲線也相吻合，模擬結(jié)果準確有效，證明所設(shè)計的液氣射流泵抽空性能達到設(shè)計要求。

3） 對系統(tǒng)的加熱性能進行了試驗，結(jié)果表明：通過負壓環(huán)境與減溫減壓設(shè)備結(jié)合PLC控制系統(tǒng)，對蒸汽進行精確控溫，加熱溫度曲線平緩，快速升溫階段真空度上下浮動0.003 MPa，平衡階段真空度上下浮動0.002 MPa，加熱溫度浮動也在±1 ℃，更好地適應(yīng)不同物料的加熱溫度，與計算水浴加熱進行比較，加熱效率也在2倍左右。

4） 本文設(shè)計的基于液氣射流的負壓蒸汽加熱系統(tǒng)，通過設(shè)備性能試驗表明，射流泵結(jié)構(gòu)設(shè)計合理，蒸汽控溫精確穩(wěn)定，加熱效率高，可滿足大部分100 ℃以下的低溫加熱，達到良好的加熱效果，對各類熱敏性農(nóng)產(chǎn)品和化工產(chǎn)品都具有廣泛的適用性。

參 考 文 獻

［1］ 陸宏圻. 噴射技術(shù)理論及應(yīng)用［M］. 武漢： 武漢大學出版社， 2004.

［2］ 燃料化學工業(yè)部化學工業(yè)設(shè)計院. 蒸汽噴射制冷設(shè)計手冊［M］. 北京： 中國建筑工業(yè)出版社， 1972.

［3］ 姜春慧， 張倩， 楊娜， 等. 桔梗切片遠紅外干燥特性及動力學研究［J］. 中國農(nóng)機化學報， 2021， 42（2）： 92-100.

Jiang Chunhui， Zhang Qian， Yang Na， et al. Study on far infrared drying characteristics and kinetics of platycodon grandiflorum slices ［J］. Journal of Chinese Agricultural Mechanization， 2021， 42（2）： 92-100.

［4］ 李瑞云， 楊琳， 常華， 等. 不同溫度干熱處理對幾種蔬菜種子萌發(fā)的影響［J］. 中國蔬菜， 2011（16）： 67-71.

Li Ruiyun， Yang Lin， Chang Hua， et al. Effect of dry-heat treatment of different temperature on germination of vegetable seed ［J］. China Vegetables， 2011（16）： 67-71.

［5］ 萬紅兵， 祁興磊， 李海鵬， 等. 加熱溫度和時間對牛肉嫩度影響的主成分分析評價［J］. 農(nóng)業(yè)工程學報， 2018， 34（13）： 303-310.

Wan Hongbing， Qi Xinglei， Li Haipeng， et al. Evaluation of effects of heating temperature and time on tenderness of beef based on principal component analysis ［J］. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering， 2018， 34（13）： 303-310.

［6］ 李升升， 余群力， 靳義超. 適宜加熱溫度保持牦牛瘤胃平滑肌加工品質(zhì)和組織結(jié)構(gòu)［J］. 農(nóng)業(yè)工程學報， 2017， 33（23）： 300-305.

Li Shengsheng， Yu Qunli， Jin Yichao. Maintaining processing quality and histological structure of yak rumen smooth muscle by proper heating temperature ［J］. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering， 2017， 33（23）： 300-305.

［7］ 楊文昇. “陽光豬肉”品質(zhì)及不同加工方式下物質(zhì)變化規(guī)律研究［D］. 錦州： 渤海大學， 2020.

Yang Wensheng. Study on “Yangguang-Pork” quality and substance change under different processing methods ［D］. Jinzhou： Bohai University， 2020.

［8］ 孫紅霞， 黃峰， 丁振江， 等. 不同加熱條件下牛肉嫩度和保水性的變化及機理［J］. 食品科學， 2018， 39（1）： 84-90.

Sun Hongxia， Huang Feng， Ding Zhenjiang， et al. Changes in tenderness and water-holding capacity and underlying mechanism during beef stewing ［J］. Food Science， 2018， 39（1）： 84-90.

［9］ 陳美玉. 基于水分遷移及肌原纖維蛋白特性研究真空低溫加熱對牛肉品質(zhì)的影響［D］. 杭州： 浙江大學， 2021.

Chen Meiyu. Effect of water migration and the structural change of myofibril proteins on beef quality during sous-vide cooking ［D］. Hangzhou： Zhejiang University， 2021.

［10］ 巨浩羽， 肖紅偉， 方小明， 等. 果蔬真空—蒸汽脈動漂燙機的設(shè)計與試驗［J］. 農(nóng)業(yè)工程學報， 2015， 31（12）： 230-238.

Ju Haoyu， Xiao Hongwei， Fang Xiaoming， et al. Design and experiment of vacuum-steam pulsed blancher for fruits and vegetables ［J］. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering， 2015， 31（12）： 230-238.

［11］ 陳躍文， 劉飛建， 祁立波， 等. 真空低熱烹飪對鱘魚肉物性品質(zhì)及微觀結(jié)構(gòu)的影響［J］. 中國食品學報， 2020， 20（6）： 114-121.

Chen Yuewen， Liu Feijian， Qi Libo， et al. Effect of low temperature vacuum heating on physical quality and microstructure of sturgeon meat ［J］. Journal of Chinese Institute of Food Science and Technology， 2020， 20（6）： 114-121.

［12］ 衛(wèi)永華， 張東， 相輝， 等. 干燥方法對濕法魔芋精粉理化性質(zhì)的影響［J］. 食品工業(yè)科技， 2015， 36（15）： 248-251， 264.

Wei Yonghua， Zhang Dong， Xiang Hui， et al. Effect of drying methods on physicochemical properties of wet-processing konjac powder ［J］. Science and Technology of Food Industry， 2015， 36（15）： 248-251， 264.

［13］ 劉培成. 干燥條件對植物蛋白膜性能影響的研究［D］. 鄭州： 河南工業(yè)大學， 2014.

Liu Peicheng. Effects of drying conditions on the properties of plant protein films ［D］. Zhengzhou： Henan University of Technology， 2014.

［14］ 任虹， 李婷， 李強， 等. 加熱方法對紫甘藍花色苷組分及其清除自由基活性的影響［J］. 中國食品學報， 2016， 16（6）： 231-240.

Ren Hong， Li Ting， Li Qiang， et al. Effects of heating methods on the anthocyanin components and eliminating free-radicals capability of red cabbage ［J］. Journal of Chinese Institute of Food Science and Technology， 2016， 16（6）： 231-240.

［15］ Ghafoor K， Choi Y H. Polyphenoloxidase deactivation in juice from “campbell early” grapes by heating under vacuum pressure ［J］. Journal of Food Process Engineering， 2012， 35（3）： 391-402.

［16］ Kleyn D H， Shipe Jr W F. Effects of direct steam heating and vacuum treatments on the chemical composition of milk with especial reference to substances involved in oxidized flavor development ［J］. Journal of Dairy Science， 1961， 44（9）： 1603-1620.

［17］ Ledford R A， Chen J H， Shipe W F. Effect of direct steam heating and vacuum treatment on levels of pesticide residues in milk ［J］. Journal of Dairy Science， 1968， 51（2）： 219-220.

［18］ 徐曉光， 孟浩， 蘇朝龍， 等. 低溫加熱釜系統(tǒng)設(shè)計與實驗研究［J］. 低溫與超導， 2016， 44（3）： 60-64.

Xu Xiaoguang， Meng Hao， Su Zhaolong， et al. Design and experimental study of low temperature heating pot system ［J］. Cryogenics & Superconductivity， 2016， 44（3）： 60-64.

［19］ 方定甫. 循環(huán)升膜式真空濃縮鍋的結(jié)構(gòu)和操作［J］. 乳品工業(yè)， 1980（2）： 1-3.

［20］ 王國君， 徐世富. 真空蒸汽在熱敏性藥物濃縮的應(yīng)用探討［J］. 當代化工， 2013， 42（9）： 1326-1327， 1336.

Wang Guojun， Xu Shifu. Discussion on application of vacuum steam in concentrating thermosensitive drug ［J］. Contemporary Chemical Industry， 2013， 42（9）： 1326-1327， 1336.

［21］ 卜銀坤. 一種獨立的家用節(jié)能型自動負壓蒸汽供熱采暖系統(tǒng)［J］. 中國特種設(shè)備安全， 2018， 34（5）： 46-53.

Bu Yinkun. An independent household energy-saving automatic negative pressure steam heating system ［J］. China Special Equipment Safety， 2018， 34（5）： 46-53.

［22］ Rivers E G. The vacuum system of low-pressure steam heating ［C］. Minutes of the Proceedings of the Institution of Civil Engineers， Thomas Telford-ICE Virtual Library， 1900， 140（1900）： 192-198.

［23］ 張立國， 劉彥濱. 負壓蒸發(fā)與二次蒸汽利用生產(chǎn)工藝［J］. 中國油脂， 1995（3）： 35-39， 41.

［24］ 真空蒸汽加熱和氣化冷卻技術(shù)［J］. 醫(yī)藥工程設(shè)計， 2000（2）： 54-56.

［25］ 李小兵， 徐秀麗， 劉冰. 平板硫化機主機蒸汽加熱系統(tǒng)設(shè)計［J］. 橡塑技術(shù)與裝備， 2014， 40（7）： 57-58.

Li Xiaobing， Xu Xiuli， Liu Bing. Design of steam heating system of main press ［J］. China Rubber/Plastics Technology and Equipment， 2014， 40（7）： 57-58.

［26］ 金永奎， 趙海瑞， 張玲， 等. 種子干熱處理裝備設(shè)計與試驗［J］. 中國農(nóng)機化學報， 2021， 42（12）： 87-94.

Jin Yongkui， Zhao Hairui， Zhang Ling， et al. Design and test of dry heat treatment equipment for seed ［J］. Journal of Chinese Agricultural Mechanization， 2021， 42（12）： 87-94.

［27］ 王鑫， 車剛， 萬霖. 智能低溫遠紅外真空干燥機的設(shè)計與試驗［J］. 農(nóng)業(yè)工程學報， 2015， 31（S2）： 277-284.

Wang Xin， Che Gang， Wan Lin. Design and experiment of intelligent far-infrared-vacuum low-temperature dryer ［J］. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering， 2015， 31（S2）： 277-284.

［28］ Dong J， Wang W， Han Z， et al. Experimental investigation of the steam ejector in a single-effect thermal vapor compression desalination system driven by a low-temperature heat source ［J］. Energies， 2018， 11（9）： 2282.

［29］ Li X， Gao L， Sun R， et al. Recovering vacuum drying exhaust latent heat by steam recompression with a jet pump ［C］. Journal of Physics： Conference Series. IOP Publishing， 2020， 1637（1）： 012127.

［30］ 邢日. 液氣兩相射流泵抽取不凝氣3D仿真研究［D］. 濟南： 山東大學， 2020.

Xing Ri. Three-dimensional simulation of liquid-gas jet pump for evaluating vacuum ［D］. Jinan： Shandong University， 2020.

［31］ 鄭許浩翔. 基于CFD的水噴射泵的數(shù)值模擬研究［D］. 沈陽： 東北大學， 2013.

Zheng Xuhaoxiang. Numerical simulation of water jet pump based on CFD ［D］. Shenyang： Northeastern University， 2013.

［32］ 吳佳琪. 氣液射流泵抽氣特性的多參數(shù)分析［D］. 沈陽： 東北大學， 2017.

Wu Jiaqi. Multi parameter analysis of gas-liquid jet pump pumping performance ［D］. Shenyang： Northeastern University， 2017.

［33］ Betzler R L. The liquid-gas jet pump analysis and experimental results ［D］. Pennsylvania State University， 1969.

［34］ Bonnington S T， King A L. Jet pumps and ejectors： A state of the art review and bibliography ［M］. British Hydromechanics Research Association， 1976.

［35］ Witte J H. Mixing shocks in two-phase flow ［J］. Journal of Fluid Mechanics， 1969， 36（4）： 639-655.

［36］ 索科洛夫， 津格爾， 黃秋云（譯）. 噴射器［M］. 北京： 科學出版社， 1977.

［37］ Yuan L， Smith A C. CFD modeling of spontaneous heating in a large-scale coal chamber ［J］. Journal of Loss Prevention in the Process Industries， 2009， 22（4）： 426-433.