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界面厚度对果汁等温结晶冰晶生长影响的相场法模拟

田妍基 陈锦权 陈梅英

田妍基, 陈锦权, 陈梅英. 界面厚度对果汁等温结晶冰晶生长影响的相场法模拟[J]. 福建农业学报, 2016, 31(9): 975-980. doi: 10.19303/j.issn.1008-0384.2016.09.015
引用本文: 田妍基, 陈锦权, 陈梅英. 界面厚度对果汁等温结晶冰晶生长影响的相场法模拟[J]. 福建农业学报, 2016, 31(9): 975-980. doi: 10.19303/j.issn.1008-0384.2016.09.015
TIAN Yan-ji, CHEN Jin-quan, CHEN Mei-ying. Phase-field Simulation of Ice Crystal Growth by Interfacial Thickness Influence on Juice Isothermal Crystallization Process[J]. Fujian Journal of Agricultural Sciences, 2016, 31(9): 975-980. doi: 10.19303/j.issn.1008-0384.2016.09.015
Citation: TIAN Yan-ji, CHEN Jin-quan, CHEN Mei-ying. Phase-field Simulation of Ice Crystal Growth by Interfacial Thickness Influence on Juice Isothermal Crystallization Process[J]. Fujian Journal of Agricultural Sciences, 2016, 31(9): 975-980. doi: 10.19303/j.issn.1008-0384.2016.09.015

界面厚度对果汁等温结晶冰晶生长影响的相场法模拟

doi: 10.19303/j.issn.1008-0384.2016.09.015
基金项目: 

国家自然科学基金项目 31101327

高等学校博士学科点专项科研基金博导类资助项目 20123515110016

食品生物技术校级示范专业和校级优秀教学团队建设项目 2015

详细信息
    作者简介:

    田妍基(1981-),女,硕士,讲师,主要从事食品加工与营养研究(E-mail:tyj6285268@126.com)

    通讯作者:

    陈梅英(1972-),女,副教授,博士,主要从事食品工程与旅游食品安全研究(E-mail:cmy2816@126.com)

  • 中图分类号: TS275.5

Phase-field Simulation of Ice Crystal Growth by Interfacial Thickness Influence on Juice Isothermal Crystallization Process

  • 摘要: 将果汁体系视为水和溶质组成的二元系统,采用相场法模拟二元系统的相变微观结构,研究了等温结晶过程中,界面厚度对冰晶生长的形貌及溶质分布的影响,确定模型中界面厚度的合理取值。结果表明:界面厚度对冰晶的形貌有正负影响。在扰动干扰的范围内,二次枝晶随着界面厚度的增大而越来越发达,枝晶尖端也尖锐;在扰动干扰范围外,晶粒不产生二次枝晶,同时主轴枝晶变细,部分主轴枝晶消失。界面厚度取值越大,晶粒生长速率越快,而枝晶尖端半径减小。界面厚度取值在3 dx左右能较好地反应枝晶生长形貌及提高计算效率。
  • 图  1  界面厚度λ对冰晶形貌的影响

    注:(a)λ=1.5dx;(b)λ=3dx;(c)λ=4dx;(d)λ=4.5dx;(e)λ=5dx。图 2同。

    Figure  1.  Influence of interfacial thickness on ice crystal pattern

    图  2  界面厚度λ对冰晶溶质分布的影响

    Figure  2.  Influence of interfacial thickness on distribution of solute field

    表  1  蔗糖水溶液的物性参数

    Table  1.   Average parameters of sucrose solution

    物性参数取值
    界面能σ/(J·m-2)0.0765
    固相溶质扩散系数DS/(m2·s-1)2.5×10-11
    液相溶质扩散系数DL/(m2·s-1)5.6×10-10
    凝固潜热Lm /(kJ·kg-1)334.4
    熔点温度Tm /K273.15
    液相线斜率me 1808*[35]
    平衡常数ke 0.075
    注:表中数据参照文献[35]计算得到。
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出版历程
  • 收稿日期:  2016-05-12
  • 修回日期:  2016-06-05
  • 刊出日期:  2016-09-28

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