论文部分内容阅读
随着食品安全问题日益凸显,提高食品生产质量已愈显重要。本文从香辛料类散粒状食品物料的杀菌入手,以高频电热杀菌设备为研究对象,利用粒子群优化(PSO)算法求解优化的螺旋叶片参数,并使用数值分析软件对螺旋叶片参数进行校核;为实现物料流态化处理,进行螺旋叶片上抄板结构的设计;进行螺旋叶片电磁场、温度场仿真以确定加热电源的参数;结合螺旋叶片实际温度场图像,试验验证了仿真模型的合理性,并修正模型边界条件;为避免电磁场的干扰,进行铂电阻电磁屏蔽设计;设计物料温度检测系统,以确保物料杀菌后的品质。主要研究内容及结果如下:(1)高频电热杀菌设备螺旋输送机构设计。利用粒子群优化算法对螺旋叶片参数进行计算及优化,结合仿真模拟实验对优化参数进行校核,并根据实际需求,确定螺旋叶片主要参数为:外径D=500mm、螺距S=200mm、厚度b=8mm、有效高度h=115mm;为使物料进行流态化处理,在螺旋叶片基体上设计了抄板结构。(2)加热电源参数确定。利用COMSOL数值分析软件对螺旋叶片工况下的电磁场、温度场进行仿真模拟,分析得到激励频率为20kHz时,螺旋叶片中电流密度分布较为理想,且螺旋叶片内圈至外圈温度分布规律与温度相似,呈递减态势。结合理论分析与虚拟仿真结果,确定电源的频率为20kHz、电源电压在0-36V内可调,可满足90~150℃的杀菌温度要求,并确定电源的类型为高频逆变开关电源。(3)仿真模型验证。使用FLIR A615在线式热像仪采集螺旋叶片温度场图像,并建立了螺旋叶片温度场的温度补偿模型。基于HALCON数字图像处理软件开发包对采集图像进行分析,提取螺旋叶片径向分布温度值并进行温度补偿,与仿真模拟结果进行对比,分析得到仿真模型边界条件存在的问题。对仿真模型的边界条件进行修正,得到修正后的仿真温度场图像,经相关性分析,仿真模拟值与真实值相关系数达到0.959。(4)物料温度检测系统设计。高频电加热会在周围产生较强的磁场,干扰铂电阻对关键控制点的准确测温,需进行电磁屏蔽处理。利用COMSOL模拟仿真分析材料的磁导率、电导率以及材料的厚度对屏蔽效能的影响,设计了材料为锰锌铁氧体、厚度为2mm呈Ω形状的屏蔽罩,经实验验证该屏蔽罩满足使用要求。根据实际测温要求,基于FLEX-4015热电阻采集模块,编写了LabVIEW下的温度采集程序,完成了温度检测系统设计。