随着社会经济的快速发展和生活水平的日益提高,冷冻食品越来越受到人们的喜爱和依赖,人们对冷冻食品的质量要求也显著提高。因此,近年来食品冷冻产业快速发展,冷冻设备的能耗也在逐年增加。传统的冷冻方式能耗大,冷冻时间长,冷冻食物质量不高。而浸渍式冷冻与其它冷冻方法相比,浸渍式冷冻的产品内部冰晶小,产品质量好,冷冻速率快,能耗低,设备成本低,是一种有待发展的高效冷冻加工方法。因此,本文提出在食品冷冻中应用浸渍式冷冻技术,研制适合浸渍式冷冻用低温载冷剂,研究了空气对流式冷冻、静置液体浸渍式冷冻和循环液体浸渍式冷冻三种不同冷冻方式对单体真空包装牛肉冷冻时间和冷冻速率的影响,进一步对真空包装牛肉浸渍式冷冻过程中的传热特性进行了数值模拟研究。主要研究内容和研究成果如下:(1)在对国内外文献分析总结的基础上,对可作为低温载冷剂的物质进行大量复配和筛选,通过步冷曲线法初步筛选出符合浸渍式冷冻工况运行温度的多种三元和四元低温载冷剂。进一步研究了多元低温载冷剂冻结点随组分质量浓度的变化规律,获得了8种冻结温度低于-35℃的多元低温载冷剂,对它们的热物性(粘度、密度、导热系数、比热容)进行了测试研究。最终研制出一种冻结点为-48.52℃的新型四元低温载冷剂DWR-66。(2)进行了单体真空包装牛肉冷冻过程数值模拟及实验研究。建立单体真空包装牛肉冷冻过程的模型,研究了空气对流式冷冻、静置液体浸渍式冷冻和循环液体浸渍式冷冻三种不同冷冻方式对单体真空包装牛肉冷冻时间和冷冻速率的影响,得到了不同时刻的温度分布图、单体真空包装牛肉中心温度变化冷冻曲线图和冷冻速率。研究结果表明,在相同冷冻温度下,使用循环液体浸渍式冷冻方法冷冻单体真空包装牛肉的冷冻速率是静置液体浸渍式冷冻方法的2.70倍,是空气对流式冷冻方法的6.93倍,循环液体浸渍式冷冻单体真空包装牛肉效果最好。并进行了实验研究,验证了理论研究的正确性。(3)将自行开发的新型四元低温载冷剂DWR-66应用到浸渍式冷冻装置中,建立了浸渍式冷冻装置冷冻槽的物理模型和数学模型,利用ANSYS-FLUENT对真空包装牛肉在冷冻槽内的传热特性进行了数值模拟,得出了低温载冷剂进口流速、进口温度以及冷冻槽内食物间距的不同对冷冻槽内速度分布、温度分布、食物冷冻完成时间和冷冻速率的影响规律,研究结果表明低温载冷剂进口流速越大、进口温度越低,冷冻槽内的速度场和温度场分布越均匀,真空包装牛肉冷冻时间越短,冷冻速率越快。但低温载冷剂进口温度不宜过低,过低会使得低温载冷剂粘度增大,泵消耗的能量增加。以上研究结果为浸渍式冷冻装置在食品冷冻技术中的实际应用和发展提供参考。