傳熱學理論在食品冷鏈物流中的應用

[摘 要] 目前，食品冷鏈物流對于食品安全的重要性越來越受到廣大消費者的重視，本文應用傳熱學的基礎理論，分析了食品冷鏈物流中存在的熱傳遞問題，闡明了傳熱規律的分析在食品冷鏈物流運作中食品加工，設備的選擇等環節中的重要作用。

[關鍵詞] 食品冷鏈物流 傳熱學理論

近年來，隨著人們生活水平的不斷提高，食品安全越來越受到廣大消費者的重視，食品冷鏈物流就是為確保易腐食品的加工、運輸和銷售而建立起來的一項系統工程，從原料的采摘、捕、收購等環節、生產、加工、運輸、貯藏、銷售流通的整個過程中，始終保持合適的低溫條件，以保證食品的質量，減少損耗。在食品的冷鏈物流過程中，始終伴隨著熱量的傳遞現象，本文將討論傳熱學的基本理論在食品冷鏈物流過程中的應用。

一、傳熱學的概念

傳熱學是研究在溫差作用下的熱量傳遞規律的一門學科，熱量傳遞可以通過三種不同的方式進行，即熱傳導、對流換熱和輻射換熱，三種傳熱方式遵循著各自不同的基本定律。在傳熱過程中，為提高熱能利用的經濟性而采取的增強或削弱傳熱的種種措施，都來源于對三種基本傳熱方式基本規律的研究。

在食品生產和運輸過程中，傳熱問題通常可分為兩類：一類是要求設備傳熱性能良好，以達到挖掘傳熱設備的潛力或縮小傳熱設備的尺寸，并完成所有要求的傳熱任務的目的；另一類是減少或抑制熱量的傳遞，以達到節約能量，維持操作穩定，改善操作人員的勞動條件等目的。

二、食品冷藏鏈的組成

食品冷藏鏈是指易腐食品在生產、貯藏、運輸、銷售直至消費前的各個環節中始終處于規定的低溫環境下，以保證食品質量，減少食品損耗的一項系統工程。按食品從加工到消費所經過的時間順序分類，食品冷藏鏈由冷凍加工、冷凍貯藏、冷藏運輸和冷凍銷售四個方面構成。冷凍加工包括肉類、魚類的冷卻與凍結，果蔬的預冷與速凍，各種冷凍食品的加工等，主要涉及冷卻與凍結裝置；冷凍貯藏包括食品的冷藏和凍藏，主要涉及各類冷藏庫、冷藏柜、凍結柜及家用冰箱等；冷藏運輸包括食品的中、長途運輸及短途送貨等，主要涉及鐵路冷藏車、冷藏汽車、冷藏船、冷藏集裝箱等低溫運輸工具。冷凍銷售包括冷凍食品的批發及零售等，由生產廠家、批發商和零售商共同完成。按食品冷藏鏈中各環節的裝置分類，可分為固定的裝置和流動的裝置。固定的裝置包括冷藏庫、冷藏柜、家用冰箱、超市冷藏陳列柜等。冷藏庫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關團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所用；流動的裝置包括鐵路冷藏車、冷藏汽車、冷藏船和冷藏集裝箱等。

三、傳熱學理論在食品冷鏈物流中的應用

1.食品熱性質參數在食品冷鏈物流中的重要作用

食品的熱性質參數包括比熱容、熱導率和熱擴散系數等。比熱容是單位質量產品在不改變狀態情況下，溫度改變一個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、溫度和壓強等多方面的影響。食品的熱導率是一個用于計算傳熱速率的重要性質。熱導率的定量表達是，單位時間內，傳導通過單位厚度食品材料的熱量。食品熱導率不僅和食品材料的組分、顆粒大小等因素有關，還與材料的均勻性有關。食品的熱擴散系數是一個與熱導率、密度和比熱容相關的比值，反映了材料在傳熱過程中溫度的傳遞速率。在進行食品加工過程或運輸加工設備設計時，我們就需要了解食品和設備材料的比熱容、熱導率和熱擴散系數等熱性質參數。

2.傳熱模型在食品冷鏈物流中的應用

在食品冷鏈物流過程中，伴隨著導熱、對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、運輸過程中均伴隨熱量的交換和傳遞，對這些加工工藝及其設備的設計，都需了解熱傳遞過程中的熱流量以及食品各處各時刻的溫度分布，這些問題的解決就需要應用定量的手段給以解決。傳熱模型就是通過大量實驗總結的規律，建立合理的物理模型和數學模型，然后利用數學分析方法進行求解，對難以利用解析法求解的問題，可以用數值求解方法和電阻計算機進行求解。

3.食品冷鏈物流中的穩態傳熱情況

在食品冷鏈物流過程中，對于傳熱問題，通常要考慮穩態和非穩態條件。穩態條件傳熱意味著物體內部的溫度場分布不隨時間而變，但物體內部不同部位溫度可以不同。在非穩態條件下，溫度同時隨位置和時間而變。比如，在食品貯藏冷庫中，冷庫墻內壁溫度由制冷作用維持在6℃，而墻外溫度日夜都在變化。假定一天中有幾個小時的溫度維持在20℃不變，那么，在此時間段內熱量從墻外傳入冷庫的條件就是穩態條件。墻截面上任何位置的溫度將維持不變，但這一點的溫度與墻內傳熱方向上其他位置的溫度是不同的。雖然真正的穩態條件很少見，但它們的數學分析卻很容易，因此，在大多數情況下，我們總是用穩態條件來對給定問題進行分析，以獲得有用的設備和加工過程設計的信息。

4.食品冷鏈物流中的非穩態傳熱情況

非穩態傳熱是溫度隨位置和時間而變的加熱或冷卻過程。在穩態傳熱中，溫度只與位置有關。但是，當食品在冷卻和熱加工中，整個過程可以發生在非穩態時期，因此非穩態期是食品物流過程中的重要時間段，這類過程設計必須對溫度隨時間變化的非穩態期加以分析。比如，在上述的冷庫中，如果墻外的溫度是變化的，例如增加到30℃左右，那么，通過墻的傳熱是非穩態的，因為此時墻內的溫度將隨時間和位置而發生變化。這時，就需要建立非穩態的傳熱計算模型來進行分析。

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