現(xiàn)代食品加工技術(shù)層出不窮。為了對(duì)此類技術(shù)及其所用設(shè)備的效率進(jìn)行評(píng)估，研究人員和工程師開始將目光轉(zhuǎn)向如 COMSOL Multiphysics 一類的仿真工具，其中仿真 App 可以大幅拓展數(shù)值模擬的受眾，并加速工藝的優(yōu)化流程。讓我們來了解一下仿真 App 是如何對(duì)食品加工過程中的感應(yīng)加熱技術(shù)進(jìn)行分析的。

感應(yīng)加熱：一種可行的食品加工技術(shù)

自古以來，食品加工便在為消費(fèi)者提供優(yōu)質(zhì)食物的過程中扮演著重要的角色。人們?cè)诤茉缫郧熬烷_始利用腌制保存、發(fā)酵及日光干燥等技術(shù)去除食物中的毒素和有害微生物，以此來提高食物的保質(zhì)期，使其能被遠(yuǎn)距離運(yùn)輸。雖然上述技術(shù)中仍有一部分我們今天仍在使用，然而為了滿足人們對(duì)效率和質(zhì)量更高的追求，食品工業(yè)已演化為一個(gè)更為復(fù)雜的過程。

日光干燥是食品加工技術(shù)中的一種。圖像由 Ariane CCM 自行拍攝。已獲CC BY-SA 3.0許可，通過Wikimedia Commons共享。

感應(yīng)加熱已成為食品加工工藝中的一個(gè)廣受歡迎的選擇。與通過熱水或蒸汽對(duì)管道進(jìn)行加熱的方法相比，通過感應(yīng)加熱可以更好地控制溫度，進(jìn)而有助于防止局部高溫。與巴氏消毒法一類的食品加工工藝相比，這項(xiàng)技術(shù)可更好地使食物品質(zhì)得以保存，同時(shí)還提升了滅菌效率。更重要的是，由于食品不直接與線圈進(jìn)行接觸，所以在對(duì)不同類型的食品進(jìn)行加工時(shí)，可以非常方便地對(duì)所用管道進(jìn)行更換。同時(shí)因?yàn)榇隧?xiàng)工藝完全依靠電能，所以幾乎不需要用到水，這是另一個(gè)巨大的優(yōu)勢(shì)。

線圈和管道的配置對(duì)食品加工工藝中的感應(yīng)加熱技術(shù)的可靠性和效率起著重要作用。正如我們將在下文中重點(diǎn)闡釋的，數(shù)值模擬 App 是測(cè)試各類設(shè)計(jì)配置，并向用戶快速傳遞精確結(jié)果的有力工具。

借助 App 測(cè)試管線感應(yīng)加熱器的各種設(shè)計(jì)配置

首先，讓我們看看管線感應(yīng)加熱器 App的底層模型。該模型由一個(gè)纏繞在一組管道上的圓形電磁線圈構(gòu)成，且管道內(nèi)有流體（流質(zhì)食物）流動(dòng)。當(dāng)交流電通過線圈時(shí)，會(huì)產(chǎn)生交變磁場(chǎng)。隨后，交變磁場(chǎng)穿透管道，并在管道內(nèi)產(chǎn)生渦流，使其升溫。

管線感應(yīng)加熱器模型的幾何結(jié)構(gòu)。

該 App 是為測(cè)量管線感應(yīng)加熱器對(duì)流經(jīng)管道的流體的加熱效率而設(shè)計(jì)的，對(duì)于鐵素體不銹鋼管和非鐵素體不銹鋼管均適用。由于鐵素體不銹鋼組分中不含鎳元素，所以其價(jià)格相對(duì)低廉且穩(wěn)定，這使得這一材料在食品加工方面展現(xiàn)出了新的潛力，因而在食品工業(yè)領(lǐng)域廣受歡迎。

我們已經(jīng)介紹了此 App 的創(chuàng)建基礎(chǔ)，現(xiàn)在讓我們將重點(diǎn)轉(zhuǎn)到設(shè)計(jì)上來。請(qǐng)記住，當(dāng)您在設(shè)計(jì) App 時(shí)，一定要掌控所有包含的參數(shù)，以及特定的布局和結(jié)構(gòu)。最終的目的是為您的特殊需求定制一件簡(jiǎn)單、易用的工具。

“管線感應(yīng)加熱器”仿真 App 的用戶界面（user interface，簡(jiǎn)稱 UI）。

“管線感應(yīng)加熱器” App 由兩個(gè)主欄組成：位于左側(cè)的設(shè)置欄和位于右側(cè)的圖形欄。在設(shè)置欄，用戶可便捷地修改管道和線圈的尺寸。作為進(jìn)一步的指導(dǎo)，當(dāng)幾何輸入框在每一個(gè)更新后，都會(huì)對(duì)幾何狀態(tài)的有效性進(jìn)行顯示。只有在滿足以下條件的情況下，幾何狀態(tài)才是有效的：

線圈長(zhǎng)度和位置必須匹配管道長(zhǎng)度

管道厚度必須與內(nèi)半徑成正比

如不滿足以上條件，幾何狀態(tài)將被判別為無效，直到對(duì)幾何結(jié)構(gòu)做出必要的修改。這有助于確保用戶在運(yùn)行測(cè)試時(shí)可獲取符合實(shí)際的仿真結(jié)果。

設(shè)置欄的選項(xiàng)卡。

同時(shí)，在材料和工作條件欄設(shè)置有一系列輸入?yún)?shù)，包括管道材料規(guī)格、線圈工作條件、流動(dòng)狀態(tài)及目標(biāo)溫度。用戶在管道材料上有兩種預(yù)定義選擇：410 不銹鋼（馬氏體合金）和410s 不銹鋼（鐵素體合金）。如需自定義，用戶還可以選擇不銹鋼（用戶定義）選項(xiàng)，便可對(duì)材料的電導(dǎo)率和相對(duì)磁導(dǎo)率進(jìn)行修改。

在對(duì)各參數(shù)進(jìn)行相應(yīng)修改之后，用戶可將重點(diǎn)轉(zhuǎn)向圖形欄。此處會(huì)顯示多個(gè)繪圖，其中包括幾何形狀、溫度和磁通密度、沿管道流動(dòng)的流體的溫度、磁通密度、流體溫度及流體速度幅值。

當(dāng)用戶得到了他們想要的結(jié)果，僅需要簡(jiǎn)單地通過點(diǎn)擊功能區(qū)中的創(chuàng)建報(bào)告按鈕即可生成報(bào)告。通過這種方式，便可以方便地與設(shè)計(jì)流程中的其他同事分享他們的發(fā)現(xiàn)。

優(yōu)化食品加工過程中的管線感應(yīng)加熱器的設(shè)計(jì)

仿真 App 這一有力的工具將復(fù)雜的物理場(chǎng)隱藏在了簡(jiǎn)單、易用的界面之下。通過授權(quán)更多人，讓他們運(yùn)行自己的仿真測(cè)試，這些工具極大地提高了設(shè)計(jì)工作流程的效率，同時(shí)還確保了所得結(jié)果的準(zhǔn)確性。

在這里，我們已經(jīng)演示了這一方法是如何對(duì)食品加工工藝中線管感應(yīng)加熱器的設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化的，用戶借助仿真 App 可以方便地對(duì)不同配置進(jìn)行測(cè)試，直到獲得想要的結(jié)果。正如該示例所示，仿真 App 可幫助加速食品加工技術(shù)的優(yōu)化過程，它是使品質(zhì)與效率完美結(jié)合的可行資源。

類似于網(wǎng)站“案例下載”中的其他演示 App，“線管感應(yīng)加熱器” App 的設(shè)計(jì)目的是用來啟發(fā)與指導(dǎo)您開發(fā)自己的仿真 App。我們鼓勵(lì)您以它為基礎(chǔ)來創(chuàng)建自己的 App，讓用戶能夠修改此類相同的參數(shù)或替換相關(guān)參數(shù)來滿足建模需求。