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采后果蔬热导率测试系统研究及其内部传热温度场模拟

张敏  
【摘要】:目前,随着生命科学的日益迅速发展,遇到的问题中有许多难以单从生物学的观点来解决,对于具有生命特征的植物热现象、热问题的探索也是如此,在现代植物生命科学研究中,人们从生物学的角度已对植物热响应的生理规律有了较好的掌握,但大多偏重于定性分析与经验研究,而在植物传热学方面的定量研究目前国外已有许多学者在研究,而国内却报道较少,借助于热物理学模型不仅可以成功地解释许多复杂的生命现象,更重要的是使现今唯象的植物生命科学走向定量化成为可能。 生物组织的热物理特性对组织的热模型来说是至关重要的,它们的准确测定,是生物传热模型的建立与检验、预示生物体温度场演化规律的基础,是揭示生物体热传输能力和载热能力以及进一步开展生物传热研究的前提。因此,本课题首先就要展开对果蔬热导率测试系统装置的研究,继而在此基础上建立预示果蔬生命体内部瞬态温度场的物理学模型,为进一步对植物的热传递机理的研究提供基础依据。基于此,本文主要开展了以下研究内容。 (1) 从理论上分析研究了热探针法用于测试果蔬热导率的基本原理,并分析了影响测试结果的诸多因素,可通过对探针的标定能起到修正误差的作用,并通过实验得出采用高纯度水作为标定物可使测量果蔬等含水率较高的物质的热导率达到较高的精度,从而证明了热探针法测试果蔬热导率的理论可行性。 (2) 根据果蔬的内在生物特性建立了一套适合测试果蔬热导率参数的实验装置,该实验装置,不需要复杂的控制调节系统,工作稳定可靠。考虑到采后果蔬具有含水率高,内部细胞组织还在时刻进行着生命活动等特点,采用的热探针具有体积小,测量时间短,测量时组织受影响的区域小,环境的热扰动影响小,组织损伤小,可以在线测量等优点。系统测试过程、数据采集、数据处理、结果输出均由微机完成,测试时间短,操作使用方便,测量结果复现性好。 (3) 用设计的测试系统对丙三醇、乙二醇和纯乙醇溶液等标准物质以及香蕉、土豆、苹果等果蔬材料进行了测试,并将结果与有关文献进行了比较,进行了误差估计,结果表明,对于果蔬类生物材料热导率的测试,实验误差可控制在3%以内。证明了热探针法测试采后果蔬热导率的可靠性,能满足科学研究和工程应用的要求,具有良好的应用前景。 (4) 利用测试系统对不同种类果蔬、同一种类不同成熟期的果蔬以及不同浓度果汁的热导率进行了系统测试,结果表明:不同种类的果蔬、同一种类不同成熟期的果蔬以及不同浓度果汁的热导率不同,其热导率范围在0.3~0.6W/m·k,都小于水的热导率。 (5) 同时对各种被测果蔬的密度、含水率、自由水含量、可溶性圆形物、硬度等反映果蔬生理生化及果蔬品质的重要指标进行了同步测量,而对反映果汁主要指标的浓度因素也进行了同步测量,


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