Tiến Sĩ Nghiên cứu quá trình truyền nhiệt truyền chất và các giải pháp tiết kiệm năng lượng trong lạnh đông

iii

MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN i
LỜI CẢM ƠN . ii
MỤC LỤC . iii
PHỤ LỤC . v
DANH MỤC BẢNG . vi
DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ vii
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU SỬ DỤNG TRONG LUẬN ÁN ix
LỜI MỞ ĐẦU xii
Chương 1 1
NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN 1
1.1 Tổng quan về công nghệ lạnh đông thực phẩm . 1
1.1.1 Vị trí, vai trò của công nghệ lạnh đông . 1
1.1.2 Thực trạng, tiềm năng của công nghệ lạnh thủy sản tại Việt Nam 2
1.1.3 Tiêu hao năng lượng, hao hụt khối lượng và thời gian trong quá trình cấp đông . 3
1.1.4 Cá thu, loại hải sản có giá trị dinh dưỡng cao . 4
2 Tổng quan về mô hình truyền nhiệt truyền chất trong quá trình cấp đông thực
phẩm. . 4
1.2.1 Mô hình bài toán truyền nhiệt truyền chất liên hợp trong quá trình cấp đông thực
phẩm . 4
1.2.1.1. Mô hình bài toán truyền nhiệt truyền chất tổng quát . 4
1.2.1.2. Vấn đề truyền nhiệt truyền chất xảy ra trong quá trình cấp đông . 6
1.2.1.3. Mô hình truyền chất xảy ra trong quá trình cấp đông . 6
1.2.2 Các phương pháp giải bài toán truyền nhiệt không ổn định trong quá trình cấp
đông 9
1.2.2.1. Mô hình bài toán dẫn nhiệt không ổn định trong quá trình cấp đông 9
1.2.2.2. Phương pháp giải tích gần đúng và các công thức bán thực nghiệm kinh điển 10
1.2.2.3 Ứng dụng phương pháp số giải bài toán truyền nhiệt trong cấp đông thực
phẩm. 14
1.3 Tổng quan về mô hình xác định tính chất nhiệt vật lý 17
1.3.1 Thành phần băng trong thực phẩm kết đông . 17
1.3.2 Nhiệt dung riêng 19
1.3.3 Entanpi . 20
1.3.4 Khối lượng riêng . 22
1.3.5 Hệ số dẫn nhiệt 23
1.4 Kết luận 26
1.5 Mục tiêu luận án . 27
Trên cơ sở các nghiên cứu tổng quan ở trên luận án đề ra các mục tiêu phải giải quyết
như sau. . 27
1.5.1 Mục tiêu nghiên cứu 27
1.5.2 Đối tượng nghiên cứu 28
1.5.3 Phương pháp nghiên cứu . 28
Chương 2 29
MÔ HÌNH XÁC ĐỊNH TÍNH CHẤT NHIỆT VẬT LÝ CỦA CÁ THU . 29
2.1 Phát triển mô hình xác định tính chất nhiệt vật lý của cá Thu 29
2.1.1 Thành phần băng trong thực phẩm kết đông 29
2.1.2 T lệ đóng băng của nước trong quá trình cấp đông thực phẩm . 31
2.1.3 Nhiệt dung riêng hiệu dụng . 32
2.1.4 Entanpi 35
iv

2.1.5 Hệ số dẫn nhiệt hiệu dụng . 35
2.1.6 Khối lượng riêng . 38
2.2 Xây dựng hoàn thiện phần mềm xác định tính chất nhiệt vật lý của cá Thu theo
nhiệt độ. . 39
2.3 Đánh giá độ tin cậy của mô hình tính chất nhiệt vật lý. 40
2.3.1 Đối tượng nghiên cứu kiểm chứng 40
2.3.2 So sánh kết quả tính toán và kết quả thực nghiệm t lệ nước đóng băng . 41
2.3.3 So sánh kết quả tính toán và kết quả thực nghiệm nhiệt dung riêng . 42
2.3.4 So sánh kết quả tính toán và kết quả thực nghiệm entanpi 44
2.3.5 So sánh kết quả tính toán và kết quả thực nghiệm hệ số dẫn nhiệt hiệu . 46
Chương 3: . 49
NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA TRUYỀN CHẤT VÀ MÔ PHỎNG QUÁ TRÌNH
CẤP ĐÔNG CÁ THU 49
3.1 Đánh giá sự ảnh hưởng của quá trình trao đổi chất đến quá trình cấp đông cá
Thu. 49
3.2 Xây dựng mô hình mô phỏng quá trình cấp đông cá Thu . 49
3.2.1 Những giả thiết sử dụng khi xây dựng mô hình toán học bài toán dẫn nhiệt bên
trong thực phẩm cấp đông. . 49
3.2.2 Bài toán dẫn nhiệt trong thực phẩm cấp đông theo mô hình Chumak &
Onhishenko . 50
3.3 Giải bài toán dẫn nhiệt quá trình cấp đông cá Thu . 53
3.3.1 Phương pháp thể tích hữu hạn giải hệ phương trình dẫn nhiệt trong quá trình cấp
đông cá Thu. . 53
3.3.2 Thuật toán giải bài toán dẫn nhiệt bên trong quá trình cấp đông cá Thu theo
phương pháp thể tích hữu hạn xác định trường nhiệt độ 57
3.4 Xây dựng hoàn thiện phầm mềm mô phỏng quá trình cấp đông cá Thu 59
3.5 Xác định nhiệt ẩn do quá trình trao đổi chất . 61
3.5.1. Khái niệm nhiệt độ trung bình entanpi và bài toán xác định phụ tải lạnh khi cấp
đông thực phẩm. . 61
3.5.2. Xác định nhiệt ẩn trong quá trình trao đổi chất 62
3.6 Đánh giá độ tin cậy của mô hình mô phỏng quá trình cấp đông cá Thu. . 63
3.6.1 Xây dựng hệ thống thiết bị thí nghiệm 63
3.6.1.1 Mô tả tủ cấp đông thí nghiệm . 63
3.6.1.2 Thiết bị đo . 64
3.6.1.3 Xác định các thông số đặc trưng của mô hình thí nghiệm . 65
3.6.2 Nghiên cứu thực nghiệm xác định độ hụt khối lượng khi cấp đông . 68
3.6.3 Kết quả nghiên cứu thực nghiệm trường nhiệt độ và thời gian cấp đông cá thu . 71
3.7 Kết luận chương 3 77
Chương 4 79
ĐÁNH GIÁ ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC YẾU TỐ ĐẾN QUÁ TRÌNH CẤP ĐÔNG VÀ
CÁC GIẢI PHÁP TIẾT KIỆM NĂNG LƯỢNG TRONG QUÁ TRÌNH CẤP ĐÔNG CÁ
THU 79
4.1 Đánh giá ảnh hưởng của các yếu tố môi trường tới quá trình cấp đông cá Thu 79
4.1.1 Đánh giá ảnh hưởng của vận tốc không khí tới quá trình cấp đông cá thu . 79
4.1.2 Đánh giá ảnh hưởng của nhiệt độ môi trường làm lạnh tới quá trình cấp đông
thực phẩm . 82
4.1.3 Đánh giá ảnh hưởng của chiều dày sản phẩm tới quá trình cấp đông thực phẩm . 86
4.2 Nghiên cứu xác định vùng cấp đông hợp lý cho cá thu . 89
4.2.1 Xây dựng hàm hồi quy 89
v

4.2.2 Tìm vùng cấp đông hợp lý cho cá Thu 91
4.3 Đề xuất các giải pháp tiêu hao năng lượng trong quá trình cấp đông cá Thu 92
4.3.1. Xác định chế độ cấp đông tối ưu theo phương pháp thực nghiệm 92
4.3.2 Giải pháp tiết kiệm năng lượng đối với thiết bị cấp đông dạng IQF tại nhà máy . 93
4.3.2.1 Ứng dụng kết quả nghiên cứu cho hệ thống cấp đông IQF 94
4.3.2.2 Khả năng tiết kiệm năng lượng khi thay đổi tốc độ quạt lưu chuyển gió . 95
4.3.2.3 Khả năng tiết kiệm năng lượng khi thay đổi nhiệt độ buồng cấp đông và chênh
lệch giữa nhiệt độ sôi và nhiệt độ buồng. . 96
4.4 Kết luận chương 4 . 98
Chương 5 100
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 100
5.1 Kết luận . 100
5.1.1 Tóm tắt nội dung luận án 100
5.1.2 Những đóng góp của luận án . 100
5.2 Kiến nghị và đề xuất hướng nghiên cứu mới 101
TÀI LIỆU THAM KHẢO 102
DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN 108
PHỤ LỤC