Modeling and optimization of UV-C treatment to extend shelf life of citrus fruit by CFD

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本研究は、収穫後の農産物の腐敗による劣化を抑制する手法として、紫外線照射殺菌法に着目し、この工程を数値解析的アプローチによって最適化するものである。このために、数値流体力学モデリングなどの数値解析アプローチにより、均一照射を行うための装置設計・制御指針を提示することとした。本年度は、X線CT装置により被照射体となる青果物形状データを取得し、コンピュータ上に再構築した。また、UV-C殺菌装置についても仮想空間上に再構築し（Digital Twin）、ランプの配置やベルトコンベアの移動速度等をモデルパラメータとする解析モデルを開発した。ベルトコンベアによる青果物の空間移動については、スライディングメッシュ法を導入することで、より厳密なモデルの再現を可能とした。ここで開発したモデルを用いて、青果物表面におけるUV-C照射強度分布を可視化したことで、各種パラメータが影響を強度分布に及ぼす影響を容易に把握することが可能としたのみではなく、照射強度分布の統計的特徴量（平均強度、変動係数）を算出することで、均一性の評価を可能とした。さらに、腐敗性微生物の殺菌速度論モデルを照射モデルに組み込み、微生物が青果物表面で殺菌されていく過程を時空間分布図として可視化した。加えて、実験によるモデルの妥当性の検証も行ったが、殺菌については微生物自体の抵抗性のばらつきが大きいため、確率論的なモデルによる評価が有効となることが示唆された。また、赤外線照射によるソフト加熱前処理の効果についても検討することとした。