超声波辅助提取过程中声场的数值模拟研究

论文摘要

本研究建立了超声波辅助提取过程的多物理场耦合模型,将超声提取设备在一定功率不同频率下的声场分布可视化。探索不同超声频率和换能器布阵方式对声场均匀性的影响;通过比较不同频率大豆蛋白的提取率验证仿真模型的可靠性。仿真结果表明:圆筒状五频超声设备可以通过调频改善声场的均匀性,但绝对声压会随之减小;筛选出低频20 kHz及共振频率28 kHz、35 kHz处易发生空化效应,预测提取的效果较好。实验结果表明:超声处理能显著提高大豆蛋白的提取率(p<0.05)且随着频率的升高效果逐渐减弱;相同条件下,20 kHz、28 kHz及35 kHz超声处理蛋白的提取率比传统碱提分别提高了28.75%、26.78%及18.28%。本研究提出工业生产中换能器矩形布阵并在共振频率处进行提取的作用效果较好。数值模拟降低了试验成本,为频率筛选、工艺优化和设备改进提供了一种新方法。

论文目录

• 1 材料与方法
•   1.1 原料
•   1.2 主要仪器设备
•   1.3 方法
•     1.3.1 大豆蛋白的提取及分析方法
•     1.3.2 数值模拟计算方法
•       1.3.2. 1 仿真模型构建
•       1.3.2. 2 压电方程
•       1.3.2. 3 波动方程
•       1.3.2. 4 驻波
•       1.3.2. 5 吸收系数
•       1.3.2. 6 超声场分布的均匀性量化
•     1.3.3 数据统计分析
• 2 仿真结果与验证
•   2.1 仿真结果与分析
•     2.1.1 超声场的模拟结果与分析
•     2.1.2 超声场特点分析
•     2.1.3 频率变化对声场均匀性的影响
•   2.2 试验结果与验证
• 3 结构优化设计与方法应用
•   3.1 换能器阵列的布阵方式对声场均匀性的影响
•   3.2 换能器不同布阵方式绝对声压和声场均匀性随频率的变化
• 4 结论

文章来源

类型: 期刊论文

作者: 王轲,马海乐,王洋

关键词: 超声波,蛋白质,数值模拟,声场,均匀性

来源: 现代食品科技 2019年09期

年度: 2019

分类: 工程科技Ⅰ辑,工程科技Ⅱ辑

专业: 轻工业手工业,工业通用技术及设备

单位: 江苏大学食品与生物工程学院国家农产品加工技术装备研发分中心

基金: 国家重点研发计划项目(2018YFD0700100),江苏省重点研发计划(现代农业重点项目)(BE2018368)

分类号: TS201.21;TB55

DOI: 10.13982/j.mfst.1673-9078.2019.9.027

页码: 210-218+109

总页数: 10

文件大小: 4326K

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