凍結濃縮システムにおける製氷ユニットの設計に関する調査・研究

冷冻浓缩系统制冰机组设计的调查研究

• 批准号: 21K03825
• 负责人: 竹島 敬志
• 金额: $ 2.08万
• 依托单位: Kochi National College of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K03825/
• 关键词: 凍結濃縮; 製氷実験; 可視化; 数値シミュレーション; 混合性能; PIV解析; 撹拌性能; 可視化実験

液状食品に含有する成分の変質及び損失が極めて少ない濃縮操作である、凍結濃縮システムの製氷ユニット（製氷部、冷媒循環部、制御部等から構成）について設計手法を構築する。その製氷ユニットにおいて、安定してより多くの氷粒子を長時間連続製造するため、製氷部内の攪拌性能及び撹拌性能の向上が製氷能力に及ぼす影響に関する調査が求められている。本研究では、安定製氷に重要な一様流動化に適する製氷部内の掻き取り刃の形状について、製氷時の流れ場の可視化と数値シミュレーションを併用して調査を行っている。令和４年度は可視化実験装置を製氷ができる可視化実験装置へと改良し、刃の後端の形状が異なる３種類の掻き取り刃を用いて液の循環流量と掻き取り刃回転数を変えて可視化製氷実験を行った。水または濃度10°Brixのスクロース水溶液を用いて製氷時に生成された氷粒子をハイスピードマイクロスコープで可視化し、また製氷性能（熱通過率）を測定した。その結果、掻き取り刃の回転数が大きいほど製氷性能が高く、また生成された氷粒子の径は小さくなることを確認し、製氷器からの氷粒子の排出もスムーズであった。また刃の後端の形状が異なる掻き取り刃の製氷時の氷粒子の動きや製氷性能については今後詳細な実験を行い、検討していく。製氷実験と並行して、氷粒子追跡の数値シミュレーションに必要な製氷器内の流れ場の非定常データを取得するため、製氷器内の液体のみの撹拌流れを対象に移動メッシュを用いた非定常解析を行い、その結果と先行研究で行われた定常解析の結果の比較を行った。非定常解析で得られた流れ場の状況は定常解析のものと概ね同様な状況であることが確認できた。

The quality and loss of ingredients contained in liquid food are extremely low, and the preparation method of freezing concentration system (composed of preparation part, freon circulation part and control part) is constructed. The investigation on the influence of mixing performance and stirring performance in the control section on the control ability and stability of the system, the long-term continuous production of multiple particles, and the influence on the upward control ability of the mixing performance. This study is an important part of the investigation of the flow field visualization and the shape of the blade in the control part. In order to improve the visual control system in 2004, the shape of the rear end of the blade is different from that of the other three types of blade. Water concentration of 10°Brix in the aqueous solution when the production of particles, such as water, water. The results show that the number of returns of the blade is high, the control performance is high, the diameter of the particle generated is small, and the particle emission of the controller is small. The shape of the rear end of the blade varies from one blade to another, and the motion of the particles during the blade's control varies from one blade to another. The numerical value of particle tracking in the system is obtained from the unsteady flow field in the system, and the results of the unsteady flow field in the system are compared with those of the steady flow field. Unsteady analysis of the flow field is the same as steady analysis.

项目成果

製氷器内掻き取り刃による混合性能

制冰机内刮刀的混合性能

• 发表时间: 2021
• 作者: 羽田千宙;福重真一;山下泰博，土居賢之，北村達，小崎裕平，竹島敬志;平 俊男;山下泰博，池野晴貴，北村達，小崎裕平，竹島敬志
• 通讯作者: 山下泰博，池野晴貴，北村達，小崎裕平，竹島敬志

製氷器内掻き取り刃による混合性能 (掻き取り刃後端形状を変化させた場合）

制冰机内部刮刀的混合性能（改变刮刀后端形状时）

• 发表时间: 2022
• 作者: 羽田千宙;福重真一;山下泰博，土居賢之，北村達，小崎裕平，竹島敬志
• 通讯作者: 山下泰博，土居賢之，北村達，小崎裕平，竹島敬志