开孔方式对甘蓝差压预冷效果影响实验研究

冀卫兴，牛建会

（河北建筑工程学院，河北 张家口 075024）

差压预冷是利用差压风机的抽吸作用，在包装箱的两侧形成一定压力差，使冷空气经包装箱上通风孔强制通过包装箱内部，与果蔬表面直接进行换热，从而使果蔬快速、均匀地冷却到工艺要求的温度范围内的预冷方法。由于差压预冷装置仅是在普通冷库基础上增加一个静压箱和一个差压风机而构成，结构简单并且易于应用，但包装箱的开孔形状和大小直接影响冷风在包装箱内的分布及压降，也是影响预冷的主要参数[1]。前人注重对包装箱外部开孔形状、开孔大小、开孔个数上进行研究，但对包装箱外部遮挡开孔形式的研究较少，本文对外部用透明聚乙烯塑料布遮挡的六个周转箱内的甘蓝进行差压预冷实验，得出了甘蓝在不同开孔方式下的预冷效果对比结果。

1 试验装置

实验用周转箱四周有大小均匀的长方形条状孔，单个周转箱的外形尺寸长×宽×高为500 mm×330 mm×280 mm，实验中采用6 个大小相同的周转箱，6 个周转箱上下前后堆码，在6 个周转箱整体的4 个面上用聚乙烯塑料布遮挡，其中在两个侧面上开有若干个通风孔，其开孔形式见2 开孔方式设计，冷空气在差压风机的抽吸作用下经过外部两侧通风孔进入周转箱内部与甘蓝直接接触进行换热，其差压预冷实验装置如图1 所示。冷库内冷空气温度设定为（1±0.5）℃，湿度为85%～95%，差压风机频率设定为55 Hz，甘蓝大小均匀，菜叶无破损变色，菜体坚实，平均直径为140 mm。

图1 差压预冷实验装置图Fig.1 Experimental device of forced air pre-cooling

2 开孔方式设计

实验中采用五种不同外部开孔方式分别进行差压预冷实验，五种开孔方式的开孔率依次增大，开孔特点和形式如图2、3、4、5、6 所示。

图2 28 个孔Fig.2 28 holes

3 温度测点布置

图3 32 个非均匀孔Fig.3 32 non-uniform holes

图4 32 个均匀孔Fig.4 32 uniform holes

图5 40 个孔Fig.5 40 holes

图6 50 个孔Fig.6 50 holes

实验中在每个周转箱内容纳上下两层甘蓝，上下两层按照平方间隔排列方式进行排列，下一层为第1层，上面一层为第2 层，两层内各甘蓝编号相同如图7所示，热电偶布置在每个甘蓝的中心及1/2R 位置处，测量预冷过程该点温度变化。

图7 周转箱内各层甘蓝编号及位置图Fig.7 The cabbages number and location in different layers of translate box

4 实验结果分析

4.1 中心温度降温特点分析

预冷速度越快，去除果蔬田间热时间越短，越有利于抑制其呼吸作用，保持果蔬品质。5 种不同开孔方式下，周转箱内不同位置处甘蓝中心温度降温过程如图8～图13 所示。

从图8～图13 可以看出，预冷初始阶段每种开孔方式下降温曲线斜率都较平缓，外部开孔方式对预冷降温速度影响不大，且降温速度均较缓慢，随预冷时间增加，降温速度加快且降温速度之间开始有明显差距。在外部开孔为40 个孔时曲线斜率最大，表明在外部开孔为40 个孔时降温速率最大。例如图8 中，降温20 min 时，外部开孔在五种开孔方式下其温度降低值依次为0.78、0.77、0.56、0.86、0.58 ℃。降温幅度最大的与降温幅度最小的相比只多降低0.3 ℃；预冷到40 min时，降温幅度最大的与降温幅度最小的相比多降低0.6 ℃，可见初始阶段在五种开孔方式下其预冷降温速度相当。随着预冷时间的增加，降温速度开始有明显差距，外部开孔为40 个孔时的降温速率明显高于其它开孔方式下的降温速率。例如在预冷到60 min 时，外部开孔为40 个孔的其温度降低2.32 ℃，温度降低幅度最大，与温度降低幅度最小的相比相差1.26 ℃；在预冷到180 min 时，外部开孔为40 个孔温度降低10.12 ℃，温度降低幅度最大，与温度降低幅度最小的相比相差2.52 ℃。由此可见5 种开孔方式中外部开孔方式为40 个孔的在预冷过程中降温速率最大，应优先考虑采用。图9～图13 具有和图8 相同的降温特点。

图8 1#箱第一层2#菜中心温度Fig.8 Core temperature of 2#cabbage in the first layer of 1#translate box

图9 5#箱第一层2#菜中心温度Fig.9 Core temperature of 2#cabbage in the first layer of 5#translate box

图10 2#箱第一层6#菜中心温度Fig.10 Core temperature of 6#cabbage in the first layer of 2#translate box

图11 6#箱第一层6#菜中心温度Fig.11 Core temperature of 6#cabbage in the first layer of 6#translate box

图12 3#箱第二层10#菜中心温度Fig.12 Core temperature of 10#cabbage in the second layer of 3#translate box

图13 4#箱第二层6#菜中心温度Fig.13 Core temperature of 6#cabbage in the second layer of 4#translate box

4.2 1/2R 处温度降温特点分析

1/2R 处温度降温特点分析，见图14～图18。

从图14～图18 可以看出，甘蓝1/2R 处温度在预冷时间约为200 min 时达到预冷的要求，但在预冷降温初始阶段其预冷速度均较快，后期越来越慢，这是由于随着预冷时间的增加，冷空气和甘蓝之间的温差越来越小，导致其预冷降温速度越来越小。但5 种不同开孔方式中40 个孔的降温速度仍最大，因此40 个孔应优先考虑采用。

4.3 开孔方式对预冷均匀性的影响

为了衡量不同开孔方式对处在不同位置处甘蓝预冷的均匀性，本文采用样本标准差来反映预冷均匀度，其数学表达式为[2]

图14 1#箱第一层2#菜1/2R 处温度Fig.14 1/2R temperature of 2#cabbage in the first layer of 1#translate box

图15 1#箱第二层3#菜1/2R 处温度Fig.15 1/2R temperature of 3#cabbage in the second layer of 1#translate box

图16 2#箱第一层6#菜1/2R 处温度Fig.16 1/2R temperature of 2#cabbage in the first layer of 6#translate box

图17 4#箱第二层6#菜1/2R 处温度Fig.17 1/2R temperature of 6#cabbage in the second layer of 4#translate box

图18 6#箱第一层6#菜1/2R 处温度Fig.18 1/2R temperature of 6#cabbage in the first layer of 6#translate box

σ 值越小，表示温度分布越均匀，预冷温度均匀的果蔬可以减少储运过程中由于相互传热回温造成的果体温度波动，较好的保持果蔬鲜度，防止腐烂[3]。5 种不同开孔方式下，6 个周转箱内第一层甘蓝取24 个测点冷却6 h 时的温度分布均匀度如图19 所示。

由图19 可知随着外部开孔率从28 个孔的18.9%增大到40 个孔的29.6%，对应的均匀度随之变小，当外部开孔率增大到50 个孔的36.2%时，其均匀度急剧增加，即位于差压风机前后的周转箱内的甘蓝预冷均匀性在外部开孔方式为40 个孔的情况下最好，其预冷终了时的各甘蓝中心温度基本达到预冷的要求。此时外部开孔特点为在两个侧面开8 列5 排共40 个孔，其中最下面2 排孔径均为R=30 mm，其余的全部为R=40 mm，开孔率为29.6%。

图19 不同开孔方式下的温度均匀度对比图Fig.19 Temperature uniformity under different modes of openings

5 结论

预冷降温速度和预冷均匀性是保证果蔬品质的关键，分别对甘蓝在5 种不同开孔方式下进行差压预冷降温实验，结果表明：在预冷初始阶段，五种不同开孔方式对甘蓝中心温度降温幅度相当，降温速度差距不大，但随预冷时间的增长，降温幅度差距越来越大，通过对比甘蓝在预冷过程中心温度和1/2R 处温度降温过程的特点，可知外部开孔方式为40 个孔的预冷速度最快。通过计算五种不同开孔方式下周转箱内甘蓝预冷均匀性可知：外部开孔方式为40 个孔时预冷过程中各周转箱内甘蓝预冷均匀性最好。综合甘蓝预冷特点和预冷均匀性可知外部开孔应优先考虑采用40 个孔的，此种开孔方式的特点是在两个侧面开8 列5 排共40 个孔，其中最下面2 排孔较小，其孔径均为R=30 mm，而其余的全部为R=40 mm，开孔率为29.6%。

[1]杨州,黄燕娟,赵春娥.果蔬通风预冷技术研究进展[J].中国农学通报,2006,22(9)：471-474

[2]庄楚强,何春雄.应用数理统计基础[M].广州：华南理工大学出版社,2006：34

[3]王强,陈焕新,董德发.黄金梨差压预冷送风速度的选择[J].制冷学报,2008,29(4)：59-62