宁静红，贾永勤，王润霞，杨挺然，张子扬，尤利超

    (1 天津商业大学 天津市制冷技术重点实验室 天津 300134 2 天津天商酷凌科技有限公司 天津 300134)

    深冷速冻技术能使食品迅速冻结，在较短时间内通过最大冰晶生成带，在组织中形成细小而均匀的冰晶体，从而减少对食品组织结构的机械损伤[1]。国内外许多研究者对食品冻结过程进行了大量研究[2-8]，获得各种速冻技术[9-16]。王喜芳等[17]对液氮喷雾速冻过程进行分析，得出喷雾速冻能够充分利用液氮的显热和潜热，使传热效率达到最高。Crowe 等[18]提出离散相模型用来模拟液体雾化喷淋。Jeng 等[19]、Schmehl 等[20]对喷嘴的雾化特性进行模拟研究，验证了喷雾冷却的可行性。吴炜俊等[21]通过对比液氮喷雾速冻、传统冰柜冻结和浸渍冷冻对荔枝品质的影响，得出喷雾速冻传热速度快，形成的冰晶细小且分布均匀，对冻结荔枝的保护效果更好。宁静红等[4]研究了干冰喷射进出口位置对草莓速冻过程的影响，对速冻装置进行优化，形成良好的流动与传热协同效果。

    为满足速冻食品工业的发展，需对食品速冻装置不断创新。液态空气常压下沸点为-192 ℃，是能与食品直接接触的理想制冷剂之一。雾化后的液态空气无论在传热效率还是制冷温度上都具有突出优势，能达成食品的超低温深冷速冻。近年来，国内外研究人员对于液化空气储能系统(LAES)[22-24]进行了深入研究，他们认为空气能量密度高、储能周期长，可用作储能介质，并且利用空气作为介质，回收液化天然气(LNG)余能，可以有效储存低温能量。利用液态空气速冻食品，可能成为该领域的研究热点。

    作为我国传统的果品之一，红枣产量占全世界的95%以上，味美香甜，是补气生血的佳品[25]。鲜食红枣水分含量高，极易腐烂，贮藏期短[26]。利用深冷速冻技术冻结鲜枣，细胞内、外的水分能同时形成大量细小且分布均匀的晶核，对其细胞膜和细胞壁不会造成挤压[27]。鲜枣在速冻过程中组织结构被破坏不多，解冻后仍可复原，从而保留鲜枣的营养成分和风味。

    本文提出液态空气喷雾速冻鲜枣片的方法，设计速冻罐。利用仿真软件COMSOL Multiphysics模拟速冻过程中速冻罐腔体内部的温度场、速度场。根据数值模拟结果对液态空气喷雾速冻鲜枣片的冻结特性进行分析，优化速冻参数，为进一步开发液态空气速冻食品提供参考。

    1 模型建立

    1.1 物理模型

    根据现有速冻装置，设计速冻罐物理模型，如图1 所示。腔体为直径260 mm ......