综述：用于模拟罐装食品热加工过程的数学模型比较

本文综述了蓝莓采后冷链中水汽凝结现象的CFD模拟研究，通过多孔介质模型（含自然对流）预测两种包装配置（顶部底部绝缘/无绝缘）的温度场与冷凝分布，验证显示模拟与实验数据高度吻合（RMSE < 0.8°C），为减少果蔬采后损耗提供了关键理论工具。

　　

引言

蓝莓因其高营养价值被誉为“超级食品”，但作为高易腐性水果，其在室温下保质期仅约6天。最优贮藏条件为0°C结合90-95%相对湿度，可延长保质期至18天。然而冷链物流的复杂性常导致温度波动和冷链中断，引发产品表面水汽凝结，进而造成外观缺陷、微生物（包括孢子）增殖及加速腐败。研究表明，不当温度管理可导致25-50%的果蔬损耗。

数值建模

本研究采用二维轴对称瞬态模型（基于Urquiola等2017年冷冻胡萝卜模型），通过多孔介质方法模拟蓝莓散装贮藏中的气流、热质传递及水汽凝结。使用COMSOL软件实现，参数来源于文献计算或实验测定。重点对比两种容器配置：顶部底部绝缘型与无绝缘型（图1）。模型综合考虑了自然对流、非饱和多孔介质中的热传递（包括蒸发/冷凝潜热）、水蒸气对流扩散及相变过程。

产品与容器

实验采用市售新鲜蓝莓，测量平均直径并于果心植入T型热电偶。容器为近圆柱形聚丙烯材质（容积1.24升），底部内径100mm，顶部120mm，高130mm，壁厚1.0mm。实验设置绝缘组（顶部底部覆盖10mm聚苯乙烯泡沫）与非绝缘组，以研究不同保温条件下的冷凝行为。

绝缘容器中的空气与产品温度及水汽凝结

模拟与实验温度数据高度吻合（RMSE < 0.8°C）。绝缘容器在20°C环境暴露60分钟后，空气与产品温度近乎一致，归因于自然对流导致的低气流速度及空气低热惯性。顶部区域因热浮力驱动形成上升气流，底部则出现回流，气流速度约0.01m/s。水汽凝结主要发生于顶部区域，因该处温度梯度最大且较早达到露点。冷凝量模拟值略高于实验值，可能因模型未考虑表面粗糙度与局部润湿性差异。

非绝缘容器中的空气与产品温度及水汽凝结

非绝缘容器温度上升更快，顶部与底部温差显著（最高达4.5°C）。底部因冷空气下沉形成低温区，顶部则受热空气影响升温迅速。冷凝首先出现于顶部，但随着底部温度滞后于露点，冷凝后期向底部转移。模型准确捕捉了温度分布与冷凝时空变化，但底部冷凝量预测略高，或因实际包装几何复杂性未完全纳入模型。

结论

本研究成功开发了基于多孔介质和自然对流的热质传递模型，精准预测了蓝莓容器在冷链中断期间的温场与冷凝分布。证明绝缘设计可显著延缓温度上升并减少冷凝量，而冷凝主要发生于顶部区域。该模型为优化果蔬包装设计、减少冷凝相关损耗提供了有效工具，未来需进一步研究实际包装几何与多物理场耦合的复杂性。

工业相关性

冷链中断与温度波动导致的水汽凝结是果蔬采后损耗的主因之一。本模型可预测气流、温度及冷凝分布，助力设计防结露包装与优化贮藏策略，对减少食品浪费、保障品质具有重要应用价值。

利益冲突声明

作者声明无任何已知竞争性财务利益或个人关系影响本研究。

致谢

感谢欧盟地平线2020研究与创新计划（ENOUGH项目，协议号101036588）的资金支持。