侯皓然，马淑凤，王利强

    (江南大学机械工程学院 江苏省食品先进制造装备技术重点实验室 江苏无锡 214122)

    热处理是食品包装工业化生产中维持产品品质稳定，延长货架期的有效手段。食品热处理技术主要包括干燥、杀菌。在杀菌方面，热处理过程可以杀灭包装内食品中的微生物，而同时也破坏了食品中的营养物质，导致营养物质降解，脂肪氧化分解等。随着计算机模拟技术的不断进步，越来越多研究者借助相关模型反映食品的热杀菌过程，并通过试验进行可靠性验证。在建模过程中，需考虑食品固有特性，加工过程中的多物理场耦合，以及包装、加热设备等介质特性，从而确保食品安全和食品营养、感官以及成本之间的平衡。本文从食品包装角度，综述食品传统热杀菌技术在计算机模拟与仿真方面的相关研究，主要关注热交换过程中，食品包装形式对内容物温度场分布、产品品质和微生物致死率的影响，为减少食品过度热杀菌提供理论支持，同时也为食品安全提供参考性指标。

    1 传热过程控制方程

    早期研究使用近似解析经验方法分析包装内部传导、自然对流的影响，例如合并固-液悬浮液有效扩散系数，将热阻限制于边界层等。这些研究很好的揭示了流体流动及传热情况，然而由于试验研究相对繁琐，这些测试所涉及的传感设备会产生较大误差，同时也会对内部食品造成污染，阻碍相关研究进展[1]。随着数值模拟技术的不断发展，结合计算机模拟仿真，对于复杂包装体系内的温度场分布以及其它相关数据可以得到更好的呈现。

    1.1 Navier-Stokes 方程

    相关传热过程中所涉及的数学模型主要与3位科学家有关，欧拉方程表征了牛顿流体的流动形式，也就是常见的质量、动量和能量守恒方程[2]。另外就是法国科学家Navier 和爱尔兰科学家Stokes 将动量守恒、动量通量本构方程以及不可压缩牛顿流体的质量守恒相结合得到Navier-Stokes 方程，针对牛顿流体而言，相关方程可简化如下：

    式(1)是连续性方程，表示不可压缩流的流入质量与流出质量守恒；描述物质流变行为的连续性方程有很多，包括牛顿模型、能量定律模型、Bingham 模型、Bulkley 模型，其中能量定律模型使用最多[3]；式(2)是基于牛顿第二定律的动量守恒方程。对于一些具有非牛顿特征的食品而言，剪切力对热物性有着很大的影响 ......