數(shù)值摸擬法即借助計算機(jī)軟件或編程,利用數(shù)值計算方法獲得數(shù)值解。
這種求解方式是在對食品傳熱過程與機(jī)理研究分析的基礎(chǔ)上,建立數(shù)學(xué)模型、設(shè)定邊界條件,進(jìn)而使用計算機(jī)求解。此方法對絕大多數(shù)食品模型和環(huán)境都適用,但需要對物理模型及邊界條件有充分和正確的理解。
根據(jù)對相變熱擴(kuò)散形式描述方式的不同,數(shù)值計算對食品凍結(jié)的處理方法可分為焓模式數(shù)學(xué)模型和表觀比熱容數(shù)學(xué)模型,兩者各有優(yōu)缺點(diǎn)。焙模式的主要特征是采用焓和溫度一起作為待求函數(shù),在整個區(qū)域(包括液相區(qū)、固相區(qū)和兩相區(qū))建立統(tǒng)一的能量方程,利用數(shù)值解法求得焓和溫度分布。食品的焙在凍結(jié)過程中是溫度的連續(xù)函數(shù),可使計算與編程簡化,但精度較低些;而食品的比熱容在凍結(jié)初始時不是溫度的連續(xù)函數(shù),計算難度和復(fù)雜程度會有所增加,同時計算中需作一些近似處理,不過,在較準(zhǔn)確地獲得食品的熱物理性質(zhì)后,此模型就能非常準(zhǔn)確地預(yù)測食品的凍結(jié)時間。
研究證明,只要選用合適的數(shù)學(xué)模型及準(zhǔn)確的食品熱物理性質(zhì)參數(shù),數(shù)值模擬結(jié)果就有相當(dāng)高的精度。物理問題的數(shù)學(xué)模型的選用較容易完成,但后一環(huán)節(jié)卻十分困難,因?yàn)槭称窡嵛锢硇再|(zhì)較難直接測量且成本高,目前多采用數(shù)學(xué)模型求解的方法來確定。近年來,應(yīng)用COSTHERM軟件或PEC0工程CIPACT93024軟件、采用MM或DSC測量方法等,都可較為準(zhǔn)確地獲得食品熱物性參數(shù)。