真空冷却是一种通过低压下水分汽化带走热量，从而达到快速降温的方法。近几年来，该技术在食品冷却中的应用越来越广泛。与其它常用的食品冷却方法相比，该技术的主要特点是：温度下降速度快、食品中的水分损耗大和处理过程卫生安全。这些年经过国内外学者的努力，上述的真空冷却技术的三个主要特点的相关研究已经比较成熟。但是，这些研究还没有涉及到真空冷却过程中食品各部分之间温差的系统研究。为此，在这种背景下，本文将对真空冷却过程中食品各部分之间温差进行数值模拟和实验研究，主要开展了如下几方面的工作：　　 1.实验台的搭建：在查阅大量文献的基础上，提出了真空冷却试验机控制和数据采集系统的设计思路，研制的真空冷却实验机实现了对真空冷却过程中温度、压力、质量等参数的采集，为进一步实验研究的顺利进行提供了保障。　　 2.真空环境的数值模拟：建立了抽真空过程的传热、传质的数学模型，并考虑了真空室的泄露以及容器内壁和空气的对流换热对抽真空过程的影响。采用计算流体力学对抽真空过程进行了非稳态模拟，并进行了实验验证。结果发现：压力在10000～270.14Pa的降压过程中的最大偏差为190Pa，压力差异百分比最大值为5.23％，温度的最大偏差为0.48℃。表明该模型可用于预测真空室抽真空过程中压力、温度和速度等流场参数的变化，为设计真空装置提供了理论支持，也为后期进行的食品真空冷却过程模拟作铺垫。　　 本文还分析了抽真空过程中压力场、温度场、速度场和密度场的变化，特别指出了流场漩涡的形成和变化，并给出了该过程中的压力变化规律：a.真空泵抽速越大，则真空室内的极限压力越小，真空室的最低温度越小，达到最低温度所消耗的时间越多；b.真空泵的自由容积不影响真空室的极限压力，且自由容积越大，真空室的最低温度越高，达到最低温度所消耗的时间越短；c.隔板的放置，影响了流场的气流组织，但对流场的面积平均温度和极限压力而言，放置隔板可以等效为自由容积的减少。　　 3.食品真空冷却过程的数值模拟：首先，建立了多孔性食品真空冷却过程的低压汽化模型，采用用户自定义函数编程，完成了基于FLUENT的多孔性食品真空冷却非稳态过程的模拟。在此基础上，分析了模拟值和实验值存在差异的可能原因，并提出了真空冷却过程的一些基本流动和传热规律：a.降温过程中，抽气口到食品的直线方向上温度逐渐降低，该方向上温度梯度最大，且在靠近食品处的梯度值较大；b.在抽气降压过程中，等压线可近似看成以抽气口为圆心的同心圆弧，从内到外压力逐渐降低。但是，压力差值很小，最大差值约为6Pa，说明压力场分布较均匀。因此，食品的排放位置不影响其水分汽化强度；c.流场在靠近壁面处以及食品表面处的速度较小。在拐角处和食品靠近壁面处都存在小漩涡，原因是壁面和食品的阻碍扰流引起的。这些结论为FLUENT在食品真空冷却过程中的应用提供了重要的参考；　　 其次，通过引入食品材料透气性参数和食品内部到表面的最短距离，建立了食品真空冷却过程的传热模型。并以球形食品为例，首次完成了基于FLUENT的食品真空冷却过程模拟。研究结果表明：a.食品的材料透气性和形状对真空冷却过程中食品内部的温度场有显著的影响。透气性越好、食品内部到表面的最短距离越小，温度分布越均匀；b.食品的放置位置对气体压力场分布影响较小，但对气体温度场分布影响较大；c.FLUENT可以用于预测食品真空冷却过程中压力、温度的变化，为研究食品真空冷却提供了新途径；　　 最后，在数值模拟的基础上，推导出了食品真空冷却过程中各部分温差的计算式，并分析了影响温差的因素，研究结果表明：a.食品的比热容、沸腾系数和密度影响温度下降的速度，但是对达到预定温度时的总温差没有影响；b.提高食品的透气性参数值和减小食品内部点到表面的最短距离，可以减小温差；将食品切片、粉碎都是减小真空冷却过程温差的有效措施；c.在推导出温差的计算式基础上，给出了减小温差的充分非必要条件：控制真空室的压力值和食品表面温度对应的饱和水蒸气分压力相等。上述结论为实验研究提供了指导。　　 4.食品真空冷却过程的实验研究：在数值模拟的指导下，提出了通过压力波动减小食品真空冷却过程中各部分温差的方法。以卷心菜为实验对象，比较了不同的压力波动范围的冷却效果，并提出了一种通过多次有序实验确定最佳压力波动范围的方法。研究结果表明：a.不同的压力波动范围的卷心菜真空冷却，得到的冷却效果不同。[610，710]Pa的压力波动区间，对卷心菜进行真空冷却的效果较好；b.在压力差的作用下，由于卷心菜结构紧凑，菜体内部的气体需要克服阻力才可以到达菜体外部。阻力的不同，直接影响到汽化强度的不同。阻力越大，汽化强度越小。卷心菜中心至表面的温度变化的速度呈非线性分布；c.真空室的压力波动能够提高食品冷却过程中温度分布的均匀性；d.改变复压气体进入真空室的路径，使其先经过捕水器，从而降低复压阶段的温度回升和缩短了连续运行时的周期。　　 5.软件开发：将数值模拟和实验研究中得到的结果，结合真空冷却的过程特性，采用编程得到“食品真空冷却过程参数分析”的视窗化通用软件，食品从业人员可以方便地得到真空冷却过程中的失水率、汽化压力、确保不发生冷害时的压力和真空冷却适用性等参数，获得了较大的成功；同时也编制了“真空冷却机设计系统”的视窗化通用软件，方便了装置的设计。