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一种冲击式速冻机射流喷嘴结构 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种冲击式速冻机射流喷嘴结构，包括若干沿冻品传送板带的移动方向均匀平行排列的V型导流槽和与V型导流槽的下端连通的条缝喷嘴；V型导流槽包括相对倾斜设置的两块条形板，V型导流槽的横截面为矩形，宽度方向的纵截面为倒梯形，相邻两V型导流槽的上部以平板相连；条缝喷嘴包括相对平行设置的两块条形板，条缝喷嘴的两块条形板的上端分别与V型导流槽的两块条形板的下端连接。本发明提供的上述技术方案可以有效地提高冻品降温过程的均匀性、改善传统结构在食品冷冻加工过程中不同位置处冻品降温速率存在的较大差异性，提高冻品质量。

Description

一种冲击式速冻机射流喷嘴结构
技术领域
本发明涉及食品速冻技术领域，特别是涉及一种冲击式速冻机射流喷嘴结构。
背景技术
鼓风速冻机是速冻食品加工领域的常用设备，其中的冲击式速冻机以其较高的对流换热系数越来越成为速冻机制造厂家及科研工作者密切关注的对象。速冻机静压箱内的气流通过喷嘴结构释放出高速气流是实现冲击效果的关键，而冲击效果在很大程度上取决于喷嘴结构的结构与尺寸。现有冲击式速冻机的喷嘴结构多为圆形开孔板式结构，然而此种结构存在冻结区域冻品降温过程均匀性较低的问题。
发明内容
本发明的目的至少在于提供一种能够提高冻结区域冻品降温过程均匀性的冲击式速冻机射流喷嘴结构。
为实现上述目，本发明提供了一种冲击式速冻机射流喷嘴结构，包括若干沿冻品传送板带的移动方向均匀平行排列的V型导流槽和与V型导流槽的下端连通的条缝喷嘴；V型导流槽包括相对倾斜设置的两块条形板，所述条形板的长度方向位于水平方向，V型导流槽的横截面为矩形，宽度方向的纵截面为倒梯形，相邻两V型导流槽的上部以平板相连；条缝喷嘴包括相对平行竖直设置的两块条形板，所述条形板的长度方向位于水平方向，条缝喷嘴的两块条形板的上端分别与V型导流槽的两块条形板的下端连接。所述条缝喷嘴为斜切条缝喷嘴，从条缝喷嘴的两块条形板下端的中心点向两端对称斜切形成，切割比Ψ为喷嘴两端被切割高度与喷嘴纵向中心处高度的比值，1≥Ψ≥0。
在一个实施方式中，所述条缝喷嘴的长度为1000-2000mm，宽度为3-10mm，高度为20-40mm；条缝喷嘴与其下方的传送板带的间距为10-60mm，所述间距为条缝喷嘴与传送板带之间的最短垂直距离。
在一个实施方式中，所述条缝喷嘴的长度为1200-1800mm，宽度为4-7mm，高度为25-35mm；条缝喷嘴与其下方的传送板带的间距为20-50mm。
在一个实施方式中，所述条缝喷嘴的长度为1500mm，宽度为5mm，高度为30mm；条缝喷嘴与其下方的传送板带的间距为40mm。
在一个实施方式中，当Hs<10时， 1>Ψ0>0，其中Hs为条缝喷嘴与其下方的传送板带的间距与条缝喷嘴的宽度的比值，Ψ0为临界切割比，当Ψ=Ψ0时，速冻机传送板带上冻结区域的换热均匀性最佳；所述间距为条缝喷嘴与传送板带之间的最短垂直距离。
在一个实施方式中，当Hs<10时，Ψ0与Hs的关系公式为Ψ0=0.001Hs4+0.0349 Hs3-0.4127 Hs2+1.8689 Hs-1.9617。
在一个实施方式中，当Hs≥10时，Ψ0=0，其中Hs为条缝喷嘴与其下方的传送板带的间距与条缝喷嘴的宽度的比值，Ψ为喷嘴两端被切割高度与喷嘴纵向中心处高度的比值，所述间距为条缝喷嘴与传送板带之间的最短垂直距离。
本发明提供的上述技术方案可以有效地提高冻品降温过程的均匀性，改善传统结构在食品冷冻加工过程中不同位置处冻品降温速率存在的较大差异性，提高冻品质量。
附图说明
图1为本发明射流喷嘴结构的立体结构示意图。
图2为本发明射流喷嘴结构的主视平面结构示意图。
图3为本发明射流喷嘴结构的侧视平面结构示意图。
图4为Hs=2时，不同切割比Ψ条件下x/s=0和x/s=150处的Nu数变化趋势图。
图5为Hs=4时，不同切割比Ψ条件下x/s=0和x/s=150处的Nu数变化趋势图。
图6为Hs=6时，不同切割比Ψ条件下x/s=0和x/s=150处的Nu数变化趋势图。
图7为Hs=8时，不同切割比Ψ条件下x/s=0和x/s=150处的Nu数变化趋势图。
图8为Hs=10时，不同切割比Ψ条件下x/s=0和x/s=150处的Nu数变化趋势图。
图9为Hs=12时，不同切割比Ψ条件下x/s=0和x/s=150处的Nu数变化趋势图。
图10为临界切割比分布曲线图。
具体实施方式
下面结合附图，以具体实施例为例，详细说明本发明的实施方式。
如图1-3所示，本发明冲击式速冻机射流喷嘴结构包括若干沿冻品传送板带3的移动方向（图1箭头所示方向）均匀平行排列的V型导流槽1和与V型导流槽1的下端连通的条缝喷嘴2。V型导流槽1包括相对倾斜设置的两块条形板，其横截面为矩形，宽度方向的纵截面为倒梯形，相邻两V型导流槽1的上部以平板相连。条缝喷嘴2包括相对平行竖直设置的两块条形板，条缝喷嘴2的两块条形板的上端分别与V型导流槽1的两块条形板的下端连接。所述条缝喷嘴为斜切条缝喷嘴，从条缝喷嘴的两块条形板下端的中心点向两端对称斜切形成，切割比Ψ为喷嘴两端被切割高度与喷嘴纵向中心处高度的比值，1≥Ψ≥0。来自蒸发器的低温空气被速冻机的风机吸入后升压流出，经过静压箱后进入射流喷嘴，在经过喷嘴喷射后从喷嘴结构的出口流出进入蒸发器进行换热，然后再次被风机吸入进入下一个循环。
和传统的圆形开孔板式结构相比较，采用本发明提供的上述射流喷嘴结构，能够提高传送板带表面的射流冲击速度，从而提高传送带表面的Nu数，及强化了传送带上方冻结区域的换热，从而提高冻品的冻结速率。同时本发明提供的射流喷嘴结构可以极大提升速冻机宽度方向换热均匀性，即可以加强传送板带两侧与中心位置的冻品的冻结速率一致性，进一步提升冻品品质均匀性。
综合考虑了换热效果和风机能耗，基于尽量降低风机能耗和增大冻结区域换热的条件下提升传送板带表面的换热均匀性，优选条缝喷嘴2的长为1000-2000mm，宽为3-10mm，高为20-40mm，条缝喷嘴2与其下方的冻品传送板带3的间距H（二者间最短垂直距离）为10-60mm。
研究表明，当条缝喷嘴的长为1200-1800mm，宽为4-7mm，高为25-35mm，条缝喷嘴2与其正下方的冻品传送板带3的间距H为20-50mm时，可获得更好的效果，其中最佳取值为：条缝喷嘴2的长为1500mm，宽为5mm，高为30mm，条缝喷嘴2与其正下方的冻品传送板带3的间距H为40mm，此时可以在较大的传送板带表面Nu数分布和良好的传送板带表面的换热均匀性条件下获得最小的风机能耗。
在进一步研究的基础上，发明人发现，喷嘴2与传送板带3的间距H与喷嘴宽度S的比值Hs（Hs=H/s）的变化影响着冻品降温过程的均匀性，并呈现出以下规律：当Hs<10时，沿传送板带3的宽度方向即图3箭头所示方向（该方向同时也是横流方向），传送板带3的表面换热强度存在明显差异，当Hs≥10时，传送板带3的表面不同位置处的换热强度则表现出较好的均匀性。从图3可以看出，切割比Ψ为喷嘴两端被切割高度T与喷嘴纵向中心处高度K的比值，Ψ=T/K。
为进一步改善换热强度的均匀性，即冻品降温过程的均匀性，发明人对条缝喷嘴2在不同切割比Ψ和不同的Hs条件下计算的数据进行了数据处理。图4-9为Hs变化时，不同切割比Ψ条件下x/s=0和x/s=150处的Nu数变化趋势图。根据图4-9可知，切割比Ψ0是根据x/s=0和x/s=150处的Nu数相等确定的，当Ψ=Ψ0时，速冻机传送板带上冻结区域的换热均匀性最好。
其中，切割比Ψ（Ψ=T/K）为喷嘴两端被切割高度T与喷嘴纵向中心处高度K的比值，Nu数为努塞尔数（Nusselt number），X为传送板带宽度方向的坐标值，中线点4点为x/s=150的位置，传送板带侧边为x/s=0的位置。从图4-9可以看出：当Hs<10，Ψ=0时，沿横流方向传送板带表面换热强度存在明显差异性，即x/s=0处传送板带表面Nu数明显大于x/s=150处；当Hs<10时，随着Ψ的增加，沿横流方向传送板带表面换热强度差异性逐渐降低，当超过临界切割比Ψ0之后，x/s=0处钢带表面Nu数低于x/s=150处。根据x/s=0和x/s=150两点处的Nu数相等来确定临界切割比Ψ0。因此当Ψ=Ψ0时，传送板带表面换热均匀性最好。临界切割比Ψ0随Hs的增加，呈现先增大后减小的趋势；当Hs≥10时，临界切割比Ψ0非常小，Hs=10时，临界切割比Ψ0=0.03；Hs=12时，临界切割比Ψ0=0.02；而且在Ψ=0，Hs=10时，位于x/s=0和x/s=150两点出的Nu数的绝对差值为1.6，差值百分比不到1%；在Ψ=0，Hs=12时，位于x/s=0和x/s=150两点出的Nu数的绝对差值为11.8，差值百分比为7.5%；在Ψ=0条件下，Nu数分布的均匀性满足实际生产的要求，因此当Hs≥10时，取临界切割比Ψ0=0。
如图10所示，临界切割比Ψ0曲线随Hs的增加，呈现先增大后减小的趋势，在Hs=4附近，Ψ0达到峰值。Ψ0与Hs的关系为：Ψ0=0.001Hs4+0.0349 Hs3-0.4127 Hs2+1.8689 Hs-1.9617。
可见，发明提供的冲击式速冻机射流喷嘴结构，根据Hs值的变化选择合适的切割比Ψ，能够更有效地提高冻品降温过程的均匀性，改善传统结构在食品冷冻加工过程中不同位置处冻品降温速率存在较大差异性。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (7)

1.一种冲击式速冻机射流喷嘴结构，其特征在于：
包括若干沿冻品传送板带的移动方向均匀平行排列的V型导流槽和与V型导流槽的下端连通的条缝喷嘴；
V型导流槽包括相对倾斜设置的两块条形板，所述条形板的长度方向位于水平方向，V型导流槽的横截面为矩形，宽度方向的纵截面为倒梯形，相邻两V型导流槽的上部以平板相连；
条缝喷嘴包括相对平行竖直设置的两块条形板，所述条形板的长度方向位于水平方向，条缝喷嘴的两块条形板的上端分别与V型导流槽的两块条形板的下端连接；
所述条缝喷嘴为斜切条缝喷嘴，从条缝喷嘴的两块条形板下端的中心点向两端对称斜切形成，切割比Ψ为喷嘴两端被切割高度与喷嘴纵向中心处高度的比值，1≥Ψ≥0。
2.如权利要求1所述的冲击式速冻机射流喷嘴结构，其特征在于：
所述条缝喷嘴的长度为1000-2000mm，宽度为3-10mm，高度为20-40mm；条缝喷嘴与其下方的传送板带的间距为10-60mm，所述间距为条缝喷嘴与传送板带之间的最短垂直距离。
3.如权利要求2所述的冲击式速冻机射流喷嘴结构，其特征在于：
所述条缝喷嘴的长度为1200-1800mm，宽度为4-7mm，高度为25-35mm；条缝喷嘴与其下方的传送板带的间距为20-50mm。
4.如权利要求3所述的冲击式速冻机射流喷嘴结构，其特征在于：
所述条缝喷嘴的长度为1500mm，宽度为5mm，高度为30mm；条缝喷嘴与其下方的传送板带的间距为40mm。
5.如权利要求1所述的冲击式速冻机射流喷嘴结构，其特征在于：
当Hs<10时， 1>Ψ0>0，其中Hs为条缝喷嘴与其下方的传送板带的间距与条缝喷嘴的宽度的比值，Ψ0为临界切割比，当Ψ=Ψ0时，速冻机传送板带上冻结区域的换热均匀性最佳；所述间距为条缝喷嘴与传送板带之间的最短垂直距离。
6.如权利要求5所述的冲击式速冻机射流喷嘴结构，其特征在于：
当Hs<10时，Ψ0与Hs的关系公式为Ψ0=0.001Hs4+0.0349 Hs3-0.4127 Hs2+1.8689 Hs-1.9617。
7.如权利要求1所述的冲击式速冻机射流喷嘴结构，其特征在于：
当Hs≥10时，Ψ0=0，其中Hs为条缝喷嘴与其下方的传送板带的间距与条缝喷嘴的宽度的比值，Ψ为喷嘴两端被切割高度与喷嘴纵向中心处高度的比值，所述间距为条缝喷嘴与传送板带之间的最短垂直距离。
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