現(xiàn)代食品加工技術(shù)層出不窮。為了對此類技術(shù)及其所用設備的效率進行評估，研究人員和工程師開始將目光轉(zhuǎn)向如 COMSOL Multiphysics 一類的仿真工具，其中仿真 App 可以大幅拓展數(shù)值模擬的受眾，并加速工藝的優(yōu)化流程。讓我們來了解一下仿真 App 是如何對食品加工過程中的感應加熱技術(shù)進行分析的。

感應加熱：一種可行的食品加工技術(shù)

自古以來，食品加工便在為消費者提供優(yōu)質(zhì)食物的過程中扮演著重要的角色。人們在很早以前就開始利用腌制保存、發(fā)酵及日光干燥等技術(shù)去除食物中的毒素和有害微生物，以此來提高食物的保質(zhì)期，使其能被遠距離運輸。雖然上述技術(shù)中仍有一部分我們今天仍在使用，然而為了滿足人們對效率和質(zhì)量更高的追求，食品工業(yè)已演化為一個更為復雜的過程。

日光干燥是食品加工技術(shù)中的一種。圖像由 Ariane CCM 自行拍攝。已獲CC BY-SA 3.0許可，通過Wikimedia Commons共享。

感應加熱已成為食品加工工藝中的一個廣受歡迎的選擇。與通過熱水或蒸汽對管道進行加熱的方法相比，通過感應加熱可以更好地控制溫度，進而有助于防止局部高溫。與巴氏消毒法一類的食品加工工藝相比，這項技術(shù)可更好地使食物品質(zhì)得以保存，同時還提升了滅菌效率。更重要的是，由于食品不直接與線圈進行接觸，所以在對不同類型的食品進行加工時，可以非常方便地對所用管道進行更換。同時因為此項工藝完全依靠電能，所以幾乎不需要用到水，這是另一個巨大的優(yōu)勢。

線圈和管道的配置對食品加工工藝中的感應加熱技術(shù)的可靠性和效率起著重要作用。正如我們將在下文中重點闡釋的，數(shù)值模擬 App 是測試各類設計配置，并向用戶快速傳遞精確結(jié)果的有力工具。

借助 App 測試管線感應加熱器的各種設計配置

首先，讓我們看看管線感應加熱器 App的底層模型。該模型由一個纏繞在一組管道上的圓形電磁線圈構(gòu)成，且管道內(nèi)有流體（流質(zhì)食物）流動。當交流電通過線圈時，會產(chǎn)生交變磁場。隨后，交變磁場穿透管道，并在管道內(nèi)產(chǎn)生渦流，使其升溫。

管線感應加熱器模型的幾何結(jié)構(gòu)。

該 App 是為測量管線感應加熱器對流經(jīng)管道的流體的加熱效率而設計的，對于鐵素體不銹鋼管和非鐵素體不銹鋼管均適用。由于鐵素體不銹鋼組分中不含鎳元素，所以其價格相對低廉且穩(wěn)定，這使得這一材料在食品加工方面展現(xiàn)出了新的潛力，因而在食品工業(yè)領(lǐng)域廣受歡迎。

我們已經(jīng)介紹了此 App 的創(chuàng)建基礎(chǔ)，現(xiàn)在讓我們將重點轉(zhuǎn)到設計上來。請記住，當您在設計 App 時，一定要掌控所有包含的參數(shù)，以及特定的布局和結(jié)構(gòu)。最終的目的是為您的特殊需求定制一件簡單、易用的工具。

“管線感應加熱器”仿真 App 的用戶界面（user interface，簡稱 UI）。

“管線感應加熱器” App 由兩個主欄組成：位于左側(cè)的設置欄和位于右側(cè)的圖形欄。在設置欄，用戶可便捷地修改管道和線圈的尺寸。作為進一步的指導，當幾何輸入框在每一個更新后，都會對幾何狀態(tài)的有效性進行顯示。只有在滿足以下條件的情況下，幾何狀態(tài)才是有效的：

線圈長度和位置必須匹配管道長度

管道厚度必須與內(nèi)半徑成正比

如不滿足以上條件，幾何狀態(tài)將被判別為無效，直到對幾何結(jié)構(gòu)做出必要的修改。這有助于確保用戶在運行測試時可獲取符合實際的仿真結(jié)果。

設置欄的選項卡。

同時，在材料和工作條件欄設置有一系列輸入?yún)?shù)，包括管道材料規(guī)格、線圈工作條件、流動狀態(tài)及目標溫度。用戶在管道材料上有兩種預定義選擇：410 不銹鋼（馬氏體合金）和410s 不銹鋼（鐵素體合金）。如需自定義，用戶還可以選擇不銹鋼（用戶定義）選項，便可對材料的電導率和相對磁導率進行修改。

在對各參數(shù)進行相應修改之后，用戶可將重點轉(zhuǎn)向圖形欄。此處會顯示多個繪圖，其中包括幾何形狀、溫度和磁通密度、沿管道流動的流體的溫度、磁通密度、流體溫度及流體速度幅值。

當用戶得到了他們想要的結(jié)果，僅需要簡單地通過點擊功能區(qū)中的創(chuàng)建報告按鈕即可生成報告。通過這種方式，便可以方便地與設計流程中的其他同事分享他們的發(fā)現(xiàn)。

優(yōu)化食品加工過程中的管線感應加熱器的設計

仿真 App 這一有力的工具將復雜的物理場隱藏在了簡單、易用的界面之下。通過授權(quán)更多人，讓他們運行自己的仿真測試，這些工具極大地提高了設計工作流程的效率，同時還確保了所得結(jié)果的準確性。

在這里，我們已經(jīng)演示了這一方法是如何對食品加工工藝中線管感應加熱器的設計進行優(yōu)化的，用戶借助仿真 App 可以方便地對不同配置進行測試，直到獲得想要的結(jié)果。正如該示例所示，仿真 App 可幫助加速食品加工技術(shù)的優(yōu)化過程，它是使品質(zhì)與效率完美結(jié)合的可行資源。

類似于網(wǎng)站“案例下載”中的其他演示 App，“線管感應加熱器” App 的設計目的是用來啟發(fā)與指導您開發(fā)自己的仿真 App。我們鼓勵您以它為基礎(chǔ)來創(chuàng)建自己的 App，讓用戶能夠修改此類相同的參數(shù)或替換相關(guān)參數(shù)來滿足建模需求。