冀衛(wèi)興，牛建會

（河北建筑工程學院，河北 張家口 075024）

差壓預冷是利用差壓風機的抽吸作用，在包裝箱的兩側形成一定壓力差，使冷空氣經(jīng)包裝箱上通風孔強制通過包裝箱內部，與果蔬表面直接進行換熱，從而使果蔬快速、均勻地冷卻到工藝要求的溫度范圍內的預冷方法。由于差壓預冷裝置僅是在普通冷庫基礎上增加一個靜壓箱和一個差壓風機而構成，結構簡單并且易于應用，但包裝箱的開孔形狀和大小直接影響冷風在包裝箱內的分布及壓降，也是影響預冷的主要參數(shù)[1]。前人注重對包裝箱外部開孔形狀、開孔大小、開孔個數(shù)上進行研究，但對包裝箱外部遮擋開孔形式的研究較少，本文對外部用透明聚乙烯塑料布遮擋的六個周轉箱內的甘藍進行差壓預冷實驗，得出了甘藍在不同開孔方式下的預冷效果對比結果。

1 試驗裝置

實驗用周轉箱四周有大小均勻的長方形條狀孔，單個周轉箱的外形尺寸長×寬×高為500 mm×330 mm×280 mm，實驗中采用6 個大小相同的周轉箱，6 個周轉箱上下前后堆碼，在6 個周轉箱整體的4 個面上用聚乙烯塑料布遮擋，其中在兩個側面上開有若干個通風孔，其開孔形式見2 開孔方式設計，冷空氣在差壓風機的抽吸作用下經(jīng)過外部兩側通風孔進入周轉箱內部與甘藍直接接觸進行換熱，其差壓預冷實驗裝置如圖1 所示。冷庫內冷空氣溫度設定為（1±0.5）℃，濕度為85%～95%，差壓風機頻率設定為55 Hz，甘藍大小均勻，菜葉無破損變色，菜體堅實，平均直徑為140 mm。

圖1 差壓預冷實驗裝置圖Fig.1 Experimental device of forced air pre-cooling

2 開孔方式設計

實驗中采用五種不同外部開孔方式分別進行差壓預冷實驗，五種開孔方式的開孔率依次增大，開孔特點和形式如圖2、3、4、5、6 所示。

圖2 28 個孔Fig.2 28 holes

3 溫度測點布置

圖3 32 個非均勻孔Fig.3 32 non-uniform holes

圖4 32 個均勻孔Fig.4 32 uniform holes

圖5 40 個孔Fig.5 40 holes

圖6 50 個孔Fig.6 50 holes

實驗中在每個周轉箱內容納上下兩層甘藍，上下兩層按照平方間隔排列方式進行排列，下一層為第1層，上面一層為第2 層，兩層內各甘藍編號相同如圖7所示，熱電偶布置在每個甘藍的中心及1/2R 位置處，測量預冷過程該點溫度變化。

圖7 周轉箱內各層甘藍編號及位置圖Fig.7 The cabbages number and location in different layers of translate box

4 實驗結果分析

4.1 中心溫度降溫特點分析

預冷速度越快，去除果蔬田間熱時間越短，越有利于抑制其呼吸作用，保持果蔬品質。5 種不同開孔方式下，周轉箱內不同位置處甘藍中心溫度降溫過程如圖8～圖13 所示。

從圖8～圖13 可以看出，預冷初始階段每種開孔方式下降溫曲線斜率都較平緩，外部開孔方式對預冷降溫速度影響不大，且降溫速度均較緩慢，隨預冷時間增加，降溫速度加快且降溫速度之間開始有明顯差距。在外部開孔為40 個孔時曲線斜率最大，表明在外部開孔為40 個孔時降溫速率最大。例如圖8 中，降溫20 min 時，外部開孔在五種開孔方式下其溫度降低值依次為0.78、0.77、0.56、0.86、0.58 ℃。降溫幅度最大的與降溫幅度最小的相比只多降低0.3 ℃；預冷到40 min時，降溫幅度最大的與降溫幅度最小的相比多降低0.6 ℃，可見初始階段在五種開孔方式下其預冷降溫速度相當。隨著預冷時間的增加，降溫速度開始有明顯差距，外部開孔為40 個孔時的降溫速率明顯高于其它開孔方式下的降溫速率。例如在預冷到60 min 時，外部開孔為40 個孔的其溫度降低2.32 ℃，溫度降低幅度最大，與溫度降低幅度最小的相比相差1.26 ℃；在預冷到180 min 時，外部開孔為40 個孔溫度降低10.12 ℃，溫度降低幅度最大，與溫度降低幅度最小的相比相差2.52 ℃。由此可見5 種開孔方式中外部開孔方式為40 個孔的在預冷過程中降溫速率最大，應優(yōu)先考慮采用。圖9～圖13 具有和圖8 相同的降溫特點。

圖8 1#箱第一層2#菜中心溫度Fig.8 Core temperature of 2#cabbage in the first layer of 1#translate box

圖9 5#箱第一層2#菜中心溫度Fig.9 Core temperature of 2#cabbage in the first layer of 5#translate box

圖10 2#箱第一層6#菜中心溫度Fig.10 Core temperature of 6#cabbage in the first layer of 2#translate box

圖11 6#箱第一層6#菜中心溫度Fig.11 Core temperature of 6#cabbage in the first layer of 6#translate box

圖12 3#箱第二層10#菜中心溫度Fig.12 Core temperature of 10#cabbage in the second layer of 3#translate box

圖13 4#箱第二層6#菜中心溫度Fig.13 Core temperature of 6#cabbage in the second layer of 4#translate box

4.2 1/2R 處溫度降溫特點分析

1/2R 處溫度降溫特點分析，見圖14～圖18。

從圖14～圖18 可以看出，甘藍1/2R 處溫度在預冷時間約為200 min 時達到預冷的要求，但在預冷降溫初始階段其預冷速度均較快，后期越來越慢，這是由于隨著預冷時間的增加，冷空氣和甘藍之間的溫差越來越小，導致其預冷降溫速度越來越小。但5 種不同開孔方式中40 個孔的降溫速度仍最大，因此40 個孔應優(yōu)先考慮采用。

4.3 開孔方式對預冷均勻性的影響

為了衡量不同開孔方式對處在不同位置處甘藍預冷的均勻性，本文采用樣本標準差來反映預冷均勻度，其數(shù)學表達式為[2]

圖14 1#箱第一層2#菜1/2R 處溫度Fig.14 1/2R temperature of 2#cabbage in the first layer of 1#translate box

圖15 1#箱第二層3#菜1/2R 處溫度Fig.15 1/2R temperature of 3#cabbage in the second layer of 1#translate box

圖16 2#箱第一層6#菜1/2R 處溫度Fig.16 1/2R temperature of 2#cabbage in the first layer of 6#translate box

圖17 4#箱第二層6#菜1/2R 處溫度Fig.17 1/2R temperature of 6#cabbage in the second layer of 4#translate box

圖18 6#箱第一層6#菜1/2R 處溫度Fig.18 1/2R temperature of 6#cabbage in the first layer of 6#translate box

σ 值越小，表示溫度分布越均勻，預冷溫度均勻的果蔬可以減少儲運過程中由于相互傳熱回溫造成的果體溫度波動，較好的保持果蔬鮮度，防止腐爛[3]。5 種不同開孔方式下，6 個周轉箱內第一層甘藍取24 個測點冷卻6 h 時的溫度分布均勻度如圖19 所示。

由圖19 可知隨著外部開孔率從28 個孔的18.9%增大到40 個孔的29.6%，對應的均勻度隨之變小，當外部開孔率增大到50 個孔的36.2%時，其均勻度急劇增加，即位于差壓風機前后的周轉箱內的甘藍預冷均勻性在外部開孔方式為40 個孔的情況下最好，其預冷終了時的各甘藍中心溫度基本達到預冷的要求。此時外部開孔特點為在兩個側面開8 列5 排共40 個孔，其中最下面2 排孔徑均為R=30 mm，其余的全部為R=40 mm，開孔率為29.6%。

圖19 不同開孔方式下的溫度均勻度對比圖Fig.19 Temperature uniformity under different modes of openings

5 結論

預冷降溫速度和預冷均勻性是保證果蔬品質的關鍵，分別對甘藍在5 種不同開孔方式下進行差壓預冷降溫實驗，結果表明：在預冷初始階段，五種不同開孔方式對甘藍中心溫度降溫幅度相當，降溫速度差距不大，但隨預冷時間的增長，降溫幅度差距越來越大，通過對比甘藍在預冷過程中心溫度和1/2R 處溫度降溫過程的特點，可知外部開孔方式為40 個孔的預冷速度最快。通過計算五種不同開孔方式下周轉箱內甘藍預冷均勻性可知：外部開孔方式為40 個孔時預冷過程中各周轉箱內甘藍預冷均勻性最好。綜合甘藍預冷特點和預冷均勻性可知外部開孔應優(yōu)先考慮采用40 個孔的，此種開孔方式的特點是在兩個側面開8 列5 排共40 個孔，其中最下面2 排孔較小，其孔徑均為R=30 mm，而其余的全部為R=40 mm，開孔率為29.6%。

[1]楊州,黃燕娟,趙春娥.果蔬通風預冷技術研究進展[J].中國農(nóng)學通報,2006,22(9)：471-474

[2]莊楚強,何春雄.應用數(shù)理統(tǒng)計基礎[M].廣州：華南理工大學出版社,2006：34

[3]王強,陳煥新,董德發(fā).黃金梨差壓預冷送風速度的選擇[J].制冷學報,2008,29(4)：59-62