高压均质机均质理论的分析探讨

前 言
 
食品加工中经常需要对流体食品进行均质处理,均质被视为食品加工工艺中的重要环节。均质机是食品加工中的关键设备, 均质效果的好坏直接影响到产品质量。目前国内对均质机的研究局限于实验研究,仅对某种结构均质阀的均质效果进行验证与分析,或是选择结构参数。实验研究的局限性使这种分析不够全面。高压均质机是目前食品加工中广泛使用的一种均质机。作者结合近期国外对高压均质机的理论研究工作 ,应用半经验半理论的方法 ,分析探讨了高压均质机的均质理论。
 
1 高压均质机的结构及工作原理
 
高压均质机由高压泵和均质阀两部分组成,高压泵通常采用三柱塞往复泵, 其结构与一般柱塞泵相同。均质阀安装在柱塞泵的排出管路上, 一般由阀芯和阀座构成,阀芯和阀座的结构形式对均质效果、能耗以及阀的磨损影响极大。国外对均质阀的结构进行了大量研究 , 设计出许多不同结构的均质阀 ,研究主要围绕如何提高均质效果以及提高阀的使用寿命。图 1 ~ 4 为 4 种不同结构的均质阀。
目前有关均质机的均质作用机理, 主要有 3 种理论:剪切理论、撞击理论和空穴理论。这 3 种作用机理可同时存在于某种结构的均质阀中,但也可通过阀的结构设计使其中的某一机理起主要作用。虽然空穴的产生可起到均质的作用, 但空穴也能引起汽蚀, 从而产生振动 ,使阀体发出较大的噪音, 而汽蚀现象是均质阀磨损的主要原因。因此现代均质阀的结构设计主要依据剪切和撞击两种理论, 尽量抑制和减少空穴, 从而使所设计的阀体结构能产生足够的液体剪切作用和撞击作用。
 
2 流体在均质阀处的流动特性
 
2 .1  均质阀的流体计算力学模型
 
均质阀虽仅有阀芯和阀座两个主要部件 ,但其结构形式变化多样 ,且现今对阀的结构设计趋向复杂化。为便于应用流体力学进行理论分析与计算,将均质阀阀口处简化为具有等效流道的流体力学模型。现以图 5(a) 斜座阀为例进行分析。