压差预冷是广泛应用于果蔬保鲜的预冷措施,采用垂直送风方式相较于传统的水平送风方式一般具有更高的冷却效率。然而,目前国内大部分研究专注于对果蔬特定包装下预冷的工艺研究,对垂直送风压差预冷工艺参数产生影响的原因介绍较少,同时缺少针对垂直送风压差预冷设计的包装与堆垛形式。基于此,为了进一步提升冷却性能,本文主要开展了以下几个方面的研究工作:1.苹果压差预冷模型的建立。在实际物理模型基础上忽略对冷却过程影响较小的因素后,建立了压差预冷的数值模型,该模型采用在近壁面流动表现较好的SST k-ω湍流模型结合壁面函数处理流域,考虑了苹果表面的耦合传热以及表面热阻,将水分流失的蒸发潜热以热源形式施加在果皮处。该模型与箱装苹果冷却速率、压降与失水量的实验数据吻合地较好,能够较为准确地对压差预冷过程中流动、传热与传质现象进行描述。2.垂直送风参数与开孔情况对冷却性能的影响总结及分析。对不同送风速度、温度与箱体开孔面积下箱装苹果的冷却过程进行模拟计算,获得了各因素对冷却速率、均匀性、压降与失水率的影响状况,并结合流场对各因素的影响途径进行了分析。研究表明,采用垂直送风后单个箱体的7/8冷却时间降低了18%;送风速度增大时苹果的冷却速率与均匀度显著提升,送风温度与开孔情况对冷却速率影响有限;苹果的表面风速是各送风参数影响性能的重要媒介。3.垂直送风压差预冷堆垛的性能分析。介绍了垂直送风压差预冷的常规堆垛形式,通过数值模拟计算与传统水平送风预冷的流场与冷却性能进行对比,阐明了顶端空隙在压差预冷过程中的差异。计算结果表明,由于采用垂直送风时堆垛的气流不存在向顶部富集的趋势,7/8冷却时间和不均匀度分别降低了17%与40%,每层苹果的冷却时间沿流动方向的增长值由1.65分钟降低至1.31分钟,箱体间的冷却差异更小。4.垂直送风压差预冷新型包装与堆垛的设计与优化。通过对表面风速、入口射流以及流道截面变化的作用进行总结,设计了两种新型包装,采用侧面开孔的情况下实现了箱体内竖直流动的气流组织。通过对单个箱体进行计算发现采用侧面顶/底部开孔的箱体性能最好,为其设计了相应的堆垛方式,并对堆垛整体的性能进行了验证。与水平送风压差预冷堆垛相比,该设计的堆垛能够节约18%冷却时间与30%风机能耗,占用空间上升但是单个堆垛能够安排更多箱体。该设计改善了原垂直送风压差预冷堆垛的压降性能,使得其冷却性能全面超越水平送风压差预冷堆垛。