a b s t r a c tThis research studie

a b s t r a c t
This research studied the influence of frequency variation on heating patterns within prepackaged foods
in a 915 MHz single-mode microwave assisted sterilization (MATS) system consisting of four microwave
heating cavities. The frequencies of the four generators powering the MATS system at Washington
State University were measured at different power levels over one year. The effect of frequency shifts
in the generators on heating patterns within a model food (whey protein gel, WPG) was studied through
computer simulation. The simulated heating patterns were experimentally validated using a chemical
marker. Our measurement results showed that a 0.5 kW increase in the microwave power caused the
operating frequencies of the generators to increase by 0.25–0.75 MHz. The simulation results suggested
that the heating pattern of WPG processed by the MATS system was not affected by the varying
frequencies of generators within the operating frequency bandwidth (900–920 MHz). In addition, the
simulation results revealed that using deionized water as the circulation medium in the MATS system
resulted in a 23–37% increase in the temperature of WPG as compared with that when using normal
tap water, but did not alter the heating pattern
1. Introduction
The Federal Communications Commission (FCC) of the United
States designated 915 ± 13 MHz and 2450 ± 50 MHz for industrial,
scientific, and medical uses other than telecommunications. However,
the operating peak frequency of a magnetron may vary
within or beyond the allocated bandwidth. The variations are
caused by differences in design and manufacture of magnetrons
and the generators. A magnetron may also experience frequency
shifts as it ages (Cooper, 2009). An important reason for the frequency
shift would be the reduction of strength of the permanent
magnet in the magnetron (Decareau, 1985). Finally, the operating
frequency of a microwave generator also changes with the power
setting during operation.
The heating pattern of food in a microwave heating system is
determined by the microwave propagations and resonant modes
within the microwave heating cavities. Each mode has a matched
frequency. In a multimode microwave heating cavity with fixed
dimension, the mode type is determined by the microwave
frequency. A small shift in frequency may result in a different
mode type (Dibben, 2001), which can lead to unpredictable heating
patterns. For industrial microwave assisted thermal processes that
require regulatory acceptance for food safety purposes, it is highly
desirable that the systems provide predictable and repeatable
heating patterns in the processed foods to allow accurate monitoring
of temperature history at the cold spots. A 915 MHz single
mode microwave assisted thermal sterilization (MATS) system
was developed at Washington State University (WSU) with the
ultimate goal for industrial implementation (Tang et al., 2006).
The MATS system was powered by four high-power magnetron
generators. Since its inception, several MATS processes for different
foods in either rigid trays or flexible pouches were developed
by the WSU research team and accepted by the United States Food
and Drug Administration (FDA) or the United States Department of
Agriculture Food Safety and Inspection Service (USDA, FSIS). After
monitoring the operating frequencies of the four generators of
the MATS system over one year (2009–2010), we noticed changes
in their peak frequencies. Although no change in the heating
patterns were observed during microwave processing, it is necessary
to systematically investigate the effect of the operation peak
frequency on microwave heating of foods and determine the frequency boundaries of the current system design without causing
a change in the heating pattern. Such information is needed
to guide future development of system operation and calibration
protocols that assure consistent industrial production of safe foods
using the MATS systems. Computer simulation was used in this
study to systematically evaluate the limits for microwave operation
frequency shift that would not potentially alter heating patterns
during thermal processing in the WSU MATS system and
guide future design and operations of similar industrial systems.
Microwave heating systems have been modeled using various
numerical methods including the Finite Difference Time Domain
(FDTD) method (Sundberg et al., 1996; Chen et al., 2008) and Finite
Element Method (Zhou et al., 1995; Romano et al., 2005; Hossan
et al., 2010). A typical assumption of such simulation models
considered that microwave energy was transmitted at a fixed
operating frequency. No study was conducted to quantify the effect
of frequency shift of microwave on food heating patterns.
Therefore, the objectives of this study were to evaluate the
factors responsible for possible changes in the peak frequency of
microwave generators and determine the boundary of the
frequency shift to ensure that no change in heating patterns would
occur during microwave heating using the MATS and similar
systems.
2. Materials and methods
2.1. MATS system
The MATS system developed and installed at WSU was used in
this study (Resurreccion et al., 2013). It consisted of four sections,
i.e., preheating, heating, holding and cooling, arranged in series
representing the four sequential processing steps. In operation,
the system was pressurized while the circulating water in each
section was set at a certain temperature. A pocketed mesh
conveyor belt made of non-metallic material extending from the
start of the preheating section to the end of the cooling section
conveyed the food trays or pouches through the MATS system.
This study was primarily concerned with general heating
patterns in pre-packaged food in the microwave heating section
of the MATS system. The microwave heating section consisted of
four connected rectangular cavities. The cavities were specially
designed to operate in single mode (i.e., only one pattern of
electromagnetic field distribution in each cavity) (Tang et al.,
2006). Each cavity (Fig. 1) had two windows (top and bottom)
made of high temperature resistant polymer. The microwaves
were delivered to the cavity through the windows that were connected
to two horn microwave applicators. The horn was a tapered
shape with the wide end connected to the window and the narrow
end having the same inner cross sectional dimension as that of a
standard WR975 waveguide (247.7 mm by 123.8 mm). The microwaves
were directed from generators to the horn applicators
through WR975 rectangular waveguides consisting of six 90
E-bend waveguide elbows, a 90 H-bend waveguide elbow, and a
tee junction. Incident microwaves were bifurcated at the tee
junction wherein two equal portions propagating to the top and
bottom horns and merging in the cavity without phase shift. In
the MATS system, cavity 1, 2, 3, and 4 were connected to generator
1, 2, 3, and 4, respectively.
2.2. Computer simulation model for the MATS system
The geometry and dimension of the microwave heating section,
including the heating cavities and horn applicators, was incorporated
in computer simulation model (Fig. 2). Since a pseudo location
for microwave input port can be drawn anywhere within
the waveguide (i.e., as long as it is parallel to the cross section of
the waveguide), port locations were selected just above and below
the narrow ends of the horns (Fig. 2a). The selected location of
microwave input ports allowed for the exclusion of the waveguides
connecting the applicators to the microwave generators. Doing so
could reduce the dimension of the simulation model and minimize
the computational resources.
The power setting of each port was based on the net output
power of each generator. The generator output powers were
measured by directional couplers (Ferrite Microwave Technologies,
Inc., Nashua, NH 03060) installed along the waveguides through an
automated feedback mechanism. The power settings of the four
microwave heating cavities were 6.4, 5.6, 2.5, 2.6 kW, respectively.
In the simulation model, the net input power of each cavity was
evenly distributed to the two ports.
The finite difference time domain (FDTD) method was used to
numerically solve the coupled electromagnetic and heat transfer
equations during microwave processing. The simulation was conducted
using a commercial software of Quickwave version 7.5
64-bit (QWED, Warsaw, Poland). The FDTD cell size in this study
was 4, 4 and 1 mm in x, y, and z direction (Fig. 2), respectively. It
followed a general rule by thumb that the discrete cell dimension

ผลลัพธ์ (ไทย) 1:

แบบ b s t r c tงานวิจัยนี้ศึกษาอิทธิพลของความถี่มีการเปลี่ยนแปลงความร้อนรูปแบบภายในอาหาร prepackagedในระบบไมโครเวฟเดียวโหมดช่วย 915 MHz ฆ่าเชื้อ (เสื่อ) ประกอบด้วย 4 ไมโครเวฟความร้อนผุ ความถี่ของการกำเนิดสี่เปิดระบบเสื่อที่วอชิงตันมหาวิทยาลัยถูกวัดที่ระดับพลังงานต่าง ๆ กว่าหนึ่งปี ผลของความถี่กะในเครื่องกำเนิดไฟฟ้าในรูปแบบภายในแบบจำลองอาหาร (เวย์โปรตีนเจ WPG) ความร้อนถูกศึกษาผ่านการจำลองเครื่องคอมพิวเตอร์ รูปแบบจำลองความร้อนถูกตรวจโดยใช้สารเคมี experimentallyเครื่องหมาย ผลการประเมินของเราพบว่าเป็น 0.5 กิโลวัตต์เพิ่มพลังงานไมโครเวฟทำให้เกิดการการทำงานที่ความถี่ของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าจะเพิ่มขึ้น 0.25-0.75 MHz ผลการทดลองที่แนะนำว่า รูปแบบความร้อน WPG ที่ประมวลผล โดยระบบเสื่อไม่ได้รับผลจากการแตกต่างกันไปความถี่ของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าภายในแบนด์ความถี่ในการปฏิบัติงาน (900-920 MHz) แห่งเปิดเผยผลการทดลองที่ ใช้ deionized น้ำเป็นสื่อในการหมุนเวียนในระบบเสื่อส่งผลให้ 23 – 37% เพิ่มขึ้นอุณหภูมิของ WPG ตกที่เมื่อใช้ปกติแตะน้ำ แต่ไม่ได้เปลี่ยนรูปแบบความร้อน1. บทนำคณะกรรมการสื่อสารของรัฐบาลกลาง (FCC) ของสหรัฐที่อเมริกากำหนด 915 ± 13 MHz และ 2450 ± 50 MHz สำหรับอุตสาหกรรมวิทยาศาสตร์ แพทย์ และใช้อื่น ๆ กว่าโทรคมนาคม อย่างไรก็ตามความถี่สูงสุดทำงานของ magnetron อาจแตกต่างกันภายใน หรือนอกเหนือ จากแบนด์วิดท์ที่ปันส่วน มีรูปแบบเกิดจากความแตกต่างในการออกแบบและผลิต magnetronsและกำเนิด มี magnetron อาจพบความถี่เลื่อนตามวัย (คูเปอร์ 2009) โดยสาเหตุสำคัญสำหรับความถี่ที่กะจะลดความแรงของถาวรแม่เหล็กใน magnetron (Decareau, 1985) ในที่สุด การทำงานจะเปลี่ยนความถี่ของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าไมโครเวฟเป็นอำนาจการตั้งค่าในระหว่างการดำเนินการเป็นรูปแบบความร้อนของอาหารในไมโครเวฟมีระบบทำความร้อนตาม propagations ไมโครเวฟและคงโหมดภายในไมโครเวฟความร้อนผุ แต่ละโหมดมีการจับคู่ความถี่ ในไมโครเวฟ multimode ที่ช่องกับความร้อนคงที่กำหนดขนาด ชนิดโหมด โดยไมโครเวฟความถี่ กะขนาดเล็กในความถี่อาจทำให้แตกต่างชนิดโหมด (Dibben, 2001), ซึ่งอาจทำให้ความร้อนไม่แน่นอนรูปแบบการ สำหรับอุตสาหกรรมไมโครเวฟ ความร้อนช่วยประมวลผลที่ต้องยอมรับกฎระเบียบเพื่ออาหารปลอดภัย เป็นอย่างมากต้องการให้ระบบให้ได้ และทำซ้ำรูปแบบในอาหารแปรรูปให้ตรวจสอบความร้อนประวัติอุณหภูมิที่จุดเย็น 915 MHz ที่เดียวโหมดไมโครเวฟช่วยระบบความร้อนฆ่าเชื้อ (เสื่อ)ได้รับการพัฒนาที่วอชิงตันรัฐมหาวิทยาลัย (WSU) ด้วยการเป้าหมายสูงสุดสำหรับใช้งานอุตสาหกรรม (ถังและ al., 2006)ระบบเสื่อถูกขับเคลื่อน โดย magnetron สี่กำลังแรงสูงเครื่องกำเนิดไฟฟ้า ตั้งแต่ เสื่อหลายกระบวนการแตกต่างกันมีพัฒนาอาหารในถาดแข็งหรือถุงมีความยืดหยุ่นโดย WSU วิจัยทีม และยอมรับอาหารของสหรัฐอเมริกาและยาดูแล (FDA) หรือภาคประเทศสหรัฐอเมริกาความปลอดภัยของอาหารเกษตรและบริการตรวจสอบ (จาก FSIS) หลังจากตรวจสอบความถี่ในการปฏิบัติงานของกำเนิดสี่ของระบบเสื่อกว่าหนึ่งปี (2009-2010), เราได้สังเกตการเปลี่ยนแปลงในความถี่สูงสุดของพวกเขา แม้ว่าความร้อนที่เปลี่ยนแปลงรูปแบบถูกสังเกตในระหว่างการประมวลผลไมโครเวฟ จำเป็นการตรวจสอบผลของจุดสูงสุดของการดำเนินงานอย่างเป็นระบบความถี่ในไมโครเวฟความร้อนของอาหาร และกำหนดขอบเขตของความถี่ของการออกแบบระบบปัจจุบัน โดยไม่มีสาเหตุการเปลี่ยนแปลงในรูปแบบของความร้อน ข้อมูลดังกล่าวเป็นสิ่งจำเป็นเพื่อเป็นแนวทางพัฒนาในอนาคตของระบบการดำเนินงานและการปรับเทียบโพรโทคอลที่ผลิตสม่ำเสมออาหารปลอดภัยมั่นใจใช้ระบบเสื่อ ใช้ในการจำลองคอมพิวเตอร์ศึกษาระบบประเมินขีดจำกัดในการทำงานไมโครเวฟเปลี่ยนความถี่ที่จะไม่อาจเปลี่ยนแปลงรูปแบบความร้อนในระหว่างการประมวลผลความร้อนในระบบ WSU เสื่อ และคู่มือการออกแบบในอนาคตและการดำเนินงานคล้ายระบบอุตสาหกรรมมีการจำลองระบบทำความร้อนไมโครเวฟใช้ต่าง ๆวิธีเลขที่รวมทั้งโดเมนเวลาความแตกต่างแน่นอน(FDTD) วิธีการ (Sundberg et al., 1996 Chen et al., 2008) และแน่นอนองค์ประกอบวิธี (โจวและ al., 1995 โรมาโนและ al., 2005 Hossanร้อยเอ็ด al., 2010) อัสสัมชัญโดยทั่วไปของแบบจำลองดังกล่าวพิจารณาพลังงานไมโครเวฟเป็นส่งที่คงปฏิบัติงานความถี่ ไม่มีการวิจัยผลการวัดปริมาณของกะความถี่ของไมโครเวฟอาหารความร้อนรูปแบบดังนั้น วัตถุประสงค์ของการศึกษานี้มีการ ประเมินการรับผิดชอบการเปลี่ยนแปลงที่เป็นไปได้ในความถี่สูงสุดของปัจจัยไมโครเวฟเครื่องกำเนิดไฟฟ้า และกำหนดขอบเขตของการเปลี่ยนความถี่เพื่อให้แน่ใจว่า จะเปลี่ยนแปลงรูปแบบความร้อนเกิดขึ้นระหว่างไมโครเวฟเครื่องทำความร้อนใช้เสื่อ และคล้ายคลึงกันระบบ2. วัสดุและวิธีการ2.1. เสื่อระบบใช้ในระบบเสื่อพัฒนา และติดตั้งที่ WSUศึกษาที่นี้ (Resurreccion et al., 2013) มันประกอบด้วยสี่ส่วนเช่น preheating ร้อน โฮลดิ้ง และระบายความ ร้อน จัดชุดแสดงขั้นตอนการประมวลผลลำดับสี่ ในการดำเนินงานระบบถูกหนีในขณะที่น้ำหมุนเวียนในแต่ละส่วนถูกตั้งค่าอุณหภูมิแน่นอน ตาข่าย pocketedสายพานลำเลียงที่ทำจากวัสดุอโลหะที่ขยายจากการจุดเริ่มต้นของ preheating ส่วนท้ายของส่วนระบายความร้อนใช้ถาดอาหารหรือถุงผ่านระบบเสื่อการศึกษานี้เป็นหลักเกี่ยวข้องกับความร้อนทั่วไปในไมโครเวฟความร้อนส่วนอาหารสำเร็จรูประบบเสื่อ ไมโครเวฟที่ความร้อนส่วนประกอบด้วยพัฒนาการเชื่อมต่อรูปสี่เหลี่ยม 4 ฟันผุถูกเป็นพิเศษออกแบบมาเพื่อใช้งานในโหมดเดียว (เช่น รูปแบบเดียวเท่านั้นการกระจายสนามแม่เหล็กฟิลด์ในแต่ละช่อง) (Tang et al.,2006) (Fig. 1) แต่ละช่องมีสองบาน (ด้านบนและด้านล่าง)ทำจากพอลิเมอร์ที่ทนต่ออุณหภูมิสูง ไมโครเวฟได้จัดส่งไปยังช่องผ่าน windows เชื่อมต่อการเจไมโครเวฟฮอร์นสอง เขามีความเรียวรูปร่างกับการสิ้นสุดทั้งที่เชื่อมต่อกับหน้าต่างและแคบสิ้นสุดที่มีภายในเดียวกันข้ามตัดขนาดของการwaveguide WR975 มาตรฐาน (247.7 mm โดย 123.8 mm) ไมโครเวฟได้โดยตรงจากเครื่องกำเนิดไฟฟ้าการเจฮอร์นผ่าน WR975 waveguides สี่เหลี่ยมประกอบด้วย 6 90ข้อโค้งอี waveguide เป็น 90 H โค้ง waveguide ศอก และทีเชื่อมต่อ เหตุการณ์ไมโครเวฟถูก bifurcated ที่ทีการเชื่อมต่อที่นั้น 2 เท่าส่วนที่กระจายไปยังด้านบน และแตรด้านล่างและการผสานในช่องโดยไม่ต้องกะระยะ ในระบบเสื่อ ช่อง 1, 2, 3 และ 4 ได้เชื่อมต่อกับเครื่องกำเนิดไฟฟ้า1, 2, 3 และ 4 ตามลำดับ2.2 รูปแบบจำลองคอมพิวเตอร์ระบบเสื่อเรขาคณิตและมิติของไมโครเวฟที่ความร้อนส่วนฟันผุทำความร้อนและฮอร์นเจ ปุกในคอมพิวเตอร์การจำลองโมเดล (Fig. 2) ตั้งแต่ตำแหน่งหลอกสำหรับไมโครเวฟ พอร์สามารถออกที่ใดก็ได้ภายในwaveguide (เช่น ตราบเท่าที่มันขนานส่วนขนของการ waveguide), ตำแหน่งของพอร์ตได้เลือกเพียงด้านบน และด้านล่างปลายแคบของแตร (Fig. 2a) สถานที่ที่เลือกพอร์ตอินพุตไมโครเวฟที่อนุญาตสำหรับข้อยกเว้นของ waveguidesเชื่อมต่อแบบเจกำเนิดไมโครเวฟ การทำเช่นนั้นสามารถลดขนาดของแบบจำลอง และลดทรัพยากรคอมพิวเตอร์การตั้งค่าพลังงานของแต่ละท่าเป็นไปตามผลผลิตสุทธิพลังงานของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแต่ละ อำนาจสร้างผลผลิตได้วัด โดยเครื่องต่อทิศทาง (Ferrite ไมโครเวฟเทคโนโลยีInc., Nashua, NH 03060) ติดตั้งตาม waveguides ผ่านการผลป้อนกลับอัตโนมัติกลไก การตั้งค่าพลังงานของสี่พัฒนาการความร้อนไมโครเวฟได้ 6.4, 5.6, 2.5, 2.6 kW ตามลำดับในแบบจำลอง พลังงานนำเข้าสุทธิของแต่ละช่องได้เท่า ๆ กันกระจายสองพอร์ตใช้วิธีผลต่างจำกัดเวลาโดเมน (FDTD)เรียงตามตัวเลขแก้ที่ coupled แม่เหล็กไฟฟ้า และความร้อนถ่ายโอนสมการระหว่างประมวลผลไมโครเวฟ วิธีการใช้การจำลองสถานการณ์ใช้ซอฟต์แวร์เชิงพาณิชย์ของ Quickwave รุ่น 7.564-บิต (QWED วอร์ซอ โปแลนด์) ขนาดเซลล์ FDTD ในการศึกษานี้4, 4 และ 1 มม.ใน x, y และ z ทิศทาง (Fig. 2), ตามลำดับ มันตามกฎทั่วไปโดยขนาดย่อที่ขนาดเซลล์เดี่ยว ๆ

ผลลัพธ์ (ไทย) 2:

นามธรรมงานวิจัยนี้ศึกษาอิทธิพลของการเปลี่ยนแปลงความถี่ในรูปแบบความร้อนภายในอาหารแช่ใน915 MHz ไมโครเวฟโหมดเดียวช่วยฆ่าเชื้อ (เสื่อ) ระบบประกอบด้วยสี่ไมโครเวฟฟันผุร้อน ความถี่ในสี่ของการเปิดเครื่องกำเนิดไฟฟ้าระบบ MATS วอชิงตันมหาวิทยาลัยรัฐที่มีการวัดระดับพลังงานที่แตกต่างกันมากกว่าหนึ่งปี ผลกระทบของการเปลี่ยนแปลงความถี่ในเครื่องกำเนิดไฟฟ้าในรูปแบบความร้อนภายในอาหารแบบนี้ (เจลเวย์โปรตีน, WPG) ได้ทำการศึกษาผ่านการจำลองด้วยคอมพิวเตอร์ รูปแบบความร้อนได้รับการตรวจสอบจำลองการทดลองใช้สารเคมีเครื่องหมาย ผลการวัดของเราแสดงให้เห็นว่าการเพิ่มขึ้น 0.5 กิโลวัตต์ในอำนาจไมโครเวฟทำให้ความถี่ในการทำงานของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่จะเพิ่มขึ้น0.25-0.75 MHz ผลการจำลองบอกว่ารูปแบบร้อนของ WPG ประมวลผลโดยระบบ MATS ไม่ได้รับผลกระทบจากที่แตกต่างกันความถี่ของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าภายในแบนด์วิดธ์ความถี่ปฏิบัติการ (900-920 MHz) นอกจากนี้ผลการจำลองแสดงให้เห็นว่าการใช้น้ำปราศจากไอออนเป็นสื่อกลางในการไหลเวียนในระบบ MATS ส่งผลให้ 23-37% เพิ่มขึ้นของอุณหภูมิของ WPG เมื่อเทียบกับเมื่อใช้ตามปกติน้ำประปาแต่ไม่ได้ปรับเปลี่ยนรูปแบบความร้อน1 . บทนำกรรมาธิการกิจการสื่อสาร (FCC) ของประเทศสหรัฐอเมริกากำหนด915 ± 13 MHz และ 2450 MHz ± 50 สำหรับอุตสาหกรรมทางวิทยาศาสตร์และการใช้ประโยชน์ทางการแพทย์อื่นๆ กว่าการสื่อสารโทรคมนาคม แต่ความถี่สูงสุดในการดำเนินงานของแมกอาจแตกต่างกันภายในหรือเกินกว่าที่จัดสรรแบนด์วิดธ์ รูปแบบที่มีสาเหตุมาจากความแตกต่างในการออกแบบและการผลิตของ magnetrons และเครื่องกำเนิดไฟฟ้า แมกนอกจากนี้ยังอาจพบความถี่กะเป็นวัยมัน (คูเปอร์ 2009) เหตุผลที่สำคัญสำหรับความถี่กะจะลดลงของความแข็งแรงของถาวรแม่เหล็กแมกนีตรอน(Decareau, 1985) ในที่สุดการดำเนินงานความถี่ของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าไมโครเวฟยังมีการเปลี่ยนแปลงที่มีอำนาจการตั้งค่าระหว่างการดำเนินการ. รูปแบบความร้อนของอาหารในระบบทำความร้อนไมโครเวฟกำหนดโดยการขยายพันธุ์ไมโครเวฟและโหมดจังหวะภายในโพรงร้อนไมโครเวฟ แต่ละโหมดจะมีการจับคู่ความถี่ ในโพรงร้อนไมโครเวฟมัลติคงมีมิติชนิดโหมดจะถูกกำหนดโดยไมโครเวฟความถี่ กะขนาดเล็กในความถี่ที่อาจส่งผลให้ที่แตกต่างกันชนิดโหมด (Dibben, 2001) ซึ่งจะนำไปสู่ความร้อนไม่สามารถคาดเดารูปแบบ สำหรับไมโครเวฟอุตสาหกรรมช่วยกระบวนการความร้อนที่จำเป็นต้องได้รับการยอมรับกฎระเบียบเพื่อความปลอดภัยอาหารเป็นอย่างมากที่พึงประสงค์ที่ระบบให้สามารถคาดเดาได้และทำซ้ำรูปแบบความร้อนในอาหารแปรรูปเพื่อให้การตรวจสอบความถูกต้องของประวัติศาสตร์อุณหภูมิที่จุดเย็น 915 MHz เดียวไมโครเวฟโหมดช่วยฆ่าเชื้อด้วยความร้อน(เสื่อ) ระบบได้รับการพัฒนาที่มหาวิทยาลัยรัฐวอชิงตัน(WSU) กับเป้าหมายสูงสุดสำหรับการดำเนินงานอุตสาหกรรม(Tang et al., 2006). ระบบ MATS ถูกขับเคลื่อนสี่พลังงานสูงแมกกำเนิด. นับตั้งแต่ก่อตั้งขึ้นกระบวนการหลายเสื่อสำหรับที่แตกต่างกันอาหารทั้งในถาดแข็งหรือถุงที่มีความยืดหยุ่นได้รับการพัฒนาโดยทีมวิจัยWSU และเป็นที่ยอมรับโดยสหรัฐอเมริกาอาหารและยา(FDA) หรือสหรัฐอเมริกากรมวิชาการเกษตรปลอดภัยด้านอาหารและบริการตรวจสอบ( USDA, FSIS) หลังจากการตรวจสอบการดำเนินงานของความถี่สี่กำเนิดของระบบMATS กว่าหนึ่งปี (2009-2010) เราสังเกตเห็นการเปลี่ยนแปลงในความถี่สูงสุดของพวกเขา แม้ว่าจะไม่มีการเปลี่ยนแปลงในความร้อนรูปแบบที่พบระหว่างการประมวลผลไมโครเวฟ, มันเป็นสิ่งจำเป็นที่จะมีระบบการศึกษาผลของการดำเนินงานสูงสุดความถี่ในการทำความร้อนของอาหารไมโครเวฟและกำหนดขอบเขตความถี่ของการออกแบบระบบปัจจุบันไม่ก่อให้เกิดการเปลี่ยนแปลงในรูปแบบการให้ความร้อนที่ ข้อมูลดังกล่าวเป็นสิ่งจำเป็นเพื่อเป็นแนวทางในการพัฒนาในอนาคตของการทำงานของระบบและการสอบเทียบโปรโตคอลที่มั่นใจการผลิตภาคอุตสาหกรรมที่สอดคล้องกันของอาหารที่ปลอดภัยใช้ระบบเสื่อ จำลองคอมพิวเตอร์ที่ใช้ในการนี้การศึกษาเป็นระบบการประเมินข้อ จำกัด สำหรับการดำเนินงานไมโครเวฟเปลี่ยนแปลงความถี่ที่จะไม่อาจปรับเปลี่ยนรูปแบบความร้อนระหว่างการประมวลผลความร้อนในระบบWSU เสื่อและเป็นแนวทางในการออกแบบในอนาคตและการดำเนินงานของระบบอุตสาหกรรมที่คล้ายกัน. ระบบทำความร้อนไมโครเวฟได้รับรูปแบบการใช้ ต่างๆวิธีการเชิงตัวเลขรวมทั้งจำกัด แตกต่างโดเมนเวลา(FDTD) วิธีการและ จำกัด (Sundberg et al, 1996. เฉิน et al, 2008). ธาตุวิธี (โจว, et al, 1995;.. โรมาโน, et al, 2005; Hossan et al, ., 2010) สมมติฐานทั่วไปของแบบจำลองดังกล่าวพิจารณาแล้วเห็นว่าพลังงานไมโครเวฟที่ถูกส่งคงที่ความถี่ในการปฏิบัติการ ไม่มีการศึกษาได้ดำเนินการที่จะหาจำนวนผลกระทบของการเปลี่ยนแปลงความถี่ของไมโครเวฟในรูปแบบความร้อนอาหาร. ดังนั้นวัตถุประสงค์ของการศึกษาครั้งนี้มีการประเมินที่ปัจจัยที่มีความรับผิดชอบสำหรับการเปลี่ยนแปลงที่เป็นไปได้ในความถี่สูงสุดของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าไมโครเวฟและกำหนดขอบเขตของความถี่เปลี่ยนไปให้แน่ใจว่าการเปลี่ยนแปลงในรูปแบบความร้อนจะไม่เกิดขึ้นในช่วงความร้อนจากไมโครเวฟใช้เสื่อและที่คล้ายกันระบบ. 2 วัสดุและวิธีการ2.1 ระบบ MATS ระบบ MATS การพัฒนาและการติดตั้งที่ WSU ถูกใช้ในการศึกษาครั้งนี้(Resurreccion et al., 2013) มันประกอบด้วยสี่ส่วนคืออุ่น, เครื่องทำความร้อนถือและความเย็นจัดในซีรีส์ที่เป็นตัวแทนของสี่ขั้นตอนการประมวลผลตามลำดับ ในการดำเนินงานระบบที่ถูกแรงดันในขณะที่น้ำหมุนเวียนในแต่ละส่วนถูกตั้งไว้ที่อุณหภูมิบาง ตาข่ายกระเป๋าสายพานลำเลียงทำจากวัสดุที่ไม่ใช่โลหะทอดตัวลงมาจากจุดเริ่มต้นของส่วนอุ่นไปยังจุดสิ้นสุดของส่วนระบายความร้อนถ่ายทอดถาดอาหารหรือกระเป๋าผ่านระบบMATS. การศึกษาครั้งนี้เป็นส่วนใหญ่ที่เกี่ยวข้องกับความร้อนโดยทั่วไปในรูปแบบก่อนบรรจุอาหารในส่วนของความร้อนจากไมโครเวฟของระบบ MATS ส่วนความร้อนจากไมโครเวฟประกอบด้วยสี่ฟันผุสี่เหลี่ยมเชื่อมต่อ ฟันผุเป็นพิเศษถูกออกแบบมาเพื่อทำงานในโหมดเดียว(เช่นเพียงหนึ่งรูปแบบของการกระจายสนามแม่เหล็กไฟฟ้าในแต่ละช่อง) (Tang et al., 2006) แต่ละช่อง (รูปที่ 1). มีสองหน้าต่าง (บนและด้านล่าง) ที่ทำจากพอลิเมออุณหภูมิสูงทน ไมโครเวฟถูกส่งไปยังช่องผ่านหน้าต่างที่ถูกเชื่อมต่อสองapplicators ไมโครเวฟฮอร์น ฮอร์นเป็นเรียวรูปร่างที่มีปลายกว้างเชื่อมต่อกับหน้าต่างและแคบปลายมีมิติด้านเดียวตัดขวางเป็นที่ของท่อนำคลื่นWR975 มาตรฐาน (247.7 มิลลิเมตรโดย 123.8 มิลลิเมตร) ไมโครเวฟได้โดยตรงจากเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากับ applicators ฮอร์นผ่านท่อนำคลื่นสี่เหลี่ยมWR975 ประกอบด้วยหก 90 ท่อนำคลื่น E-โค้งข้อศอก 90? ข้อศอกท่อนำคลื่น H-โค้งและทางแยกที ไมโครเวฟเหตุการณ์ที่เกิดขึ้นถูก bifurcated ที่ทีทางแยกนั้นสองส่วนเท่ากันแพร่กระจายไปด้านบนและแตรด้านล่างและการควบรวมกิจการในช่องโดยไม่ต้องกะระยะ ในระบบ MATS ช่องที่ 1, 2, 3, และ 4 ได้รับการเชื่อมต่อกับเครื่องกำเนิดไฟฟ้า 1, 2, 3 และ 4 ตามลำดับ. 2.2 แบบจำลองคอมพิวเตอร์สำหรับระบบ MATS เรขาคณิตและมิติของส่วนความร้อนไมโครเวฟรวมทั้งฟันผุร้อนและ applicators ฮอร์นได้รับการจัดตั้งขึ้นในรูปแบบจำลองคอมพิวเตอร์(รูปที่. 2) ตั้งแต่สถานที่ตั้งหลอกสำหรับพอร์ตอินพุตไมโครเวฟสามารถวาดที่ใดก็ได้ภายในท่อนำคลื่น(กล่าวคือตราบใดที่มันขนานกับตัดขวางของท่อนำคลื่น) สถานที่พอร์ตได้รับการคัดเลือกเพียงบนและด้านล่างปลายแคบของแตร(รูป 2a) สถานที่ที่เลือกของพอร์ตการป้อนข้อมูลไมโครเวฟได้รับอนุญาตให้ยกเว้นของท่อนำคลื่นที่เชื่อมต่อapplicators เพื่อกำเนิดไมโครเวฟ การทำเช่นนี้จะช่วยลดขนาดของแบบจำลองและลดทรัพยากรการคำนวณ. การตั้งค่าพลังของแต่ละพอร์ตอยู่บนพื้นฐานของการส่งออกสุทธิอำนาจของแต่ละเครื่องกำเนิดไฟฟ้า อำนาจเอาท์พุทเครื่องกำเนิดไฟฟ้าถูกวัดจากเพลาทิศทาง (เฟอร์ไรท์เทคโนโลยีไมโครเวฟ, อิงค์แมนเชสเตอร์ 03060) ติดตั้งตามท่อนำคลื่นผ่านกลไกความคิดเห็นอัตโนมัติ การตั้งค่าการใช้พลังงานในสี่ของฟันผุร้อนจากไมโครเวฟเป็น 6.4, 5.6, 2.5, 2.6 กิโลวัตต์ตามลำดับ. ในรูปแบบจำลองที่ไฟฟ้าเข้าสุทธิของแต่ละช่องได้รับการกระจายไปยังสองพอร์ต. เวลาที่แตกต่างกันแน่นอนโดเมน (FDTD) วิธีการ ถูกใช้ในการตัวเลขแก้คู่แม่เหล็กไฟฟ้าและการถ่ายเทความร้อนสมการระหว่างการประมวลผลไมโครเวฟ จำลองได้ดำเนินการโดยใช้ซอฟต์แวร์เชิงพาณิชย์รุ่น Quickwave 7.5 64 บิต (QWED, วอร์ซอ, โปแลนด์) ขนาดเซลล์ FDTD ในการศึกษานี้คือ4, 4 และ 1 มม x, y, และทิศทางซี (รูปที่. 2) ตามลำดับ มันตามกฎทั่วไปโดยที่นิ้วหัวแม่มือมิติเซลล์ที่ไม่ต่อเนื่อง

ผลลัพธ์ (ไทย) 3:

B S T R A C T
งานวิจัยนี้ได้ศึกษาถึงอิทธิพลของการเปลี่ยนแปลงความถี่ในรูปแบบความร้อนภายในอาหาร prepackaged
ใน 915 MHz แอพพลิเคชั่นไมโครเวฟฆ่าเชื้อ ( เสื่อ ) ระบบประกอบด้วยสี่ไมโครเวฟ
ความร้อน cavities . ความถี่ของระบบไฟฟ้ากำลังเปิดเสื่อสี่ที่มหาวิทยาลัยวอชิงตัน
สภาพวัดระดับพลังที่แตกต่างกันกว่าหนึ่งปีผลของความถี่ในเครื่องกะ
รูปแบบความร้อนภายในอาหารรูปแบบเจล เวย์โปรตีน wpg ) คือเรียน
จำลองคอมพิวเตอร์ การจำลองแบบโดยการใช้เครื่องตรวจสอบสารเคมี
เครื่องหมาย ผลที่ได้จากการวัดของเราพบว่า 0.5 กิโลวัตต์ เพิ่มขึ้นใน ไมโครเวฟ พลังที่เกิดจากความถี่ของไฟฟ้า
ปฏิบัติการเพิ่มขึ้น 0.25 - 0.75 MHzผลการจำลองแบบพบว่ารูปแบบของ wpg
เครื่องประมวลผลโดยระบบเสื่อไม่มีผลต่อการเปลี่ยนแปลงความถี่ของไฟฟ้า
ภายในความถี่แบนด์วิดธ์ ( 900 - 920 MHz ) นอกจากนี้ ผลการจำลองพบว่าคล้ายเนื้อเยื่อประสาน
ใช้น้ำหมุนเวียนในระบบ
) เสื่อผลใน 23 - 37 % เพิ่มอุณหภูมิของ wpg เมื่อเทียบกับเมื่อใช้น้ำปกติ
แต่ไม่ได้ปรับเปลี่ยนรูปแบบความร้อน
1 บทนำ
Federal Communications Commission ( FCC ) แห่งสหรัฐอเมริกาเขต 915
± 13 MHz และ 2450 ± 50 MHz สำหรับอุตสาหกรรม
ทางวิทยาศาสตร์และทางการแพทย์นอกจากจะใช้โทรคมนาคม อย่างไรก็ตาม
การดำเนินงานของแมกนีตรอนความถี่สูงสุดอาจแตกต่างกัน
ภายในหรือนอกจัดสรรแบนด์วิดธ์ รูปแบบเป็น
ที่เกิดจากความแตกต่างในการออกแบบและผลิตสามารถ magnetrons
และเครื่องกำเนิดไฟฟ้า แมกนีตรอนยังอาจพบความถี่
กะตามวัย ( คูเปอร์ , 2009 ) เหตุผลสำคัญสำหรับความถี่
กะจะลดความแข็งแรงของถาวร
แม่เหล็กในตรอน ( decareau , 1985 ) ในที่สุด ปฏิบัติการ
ความถี่ของไมโครเวฟเครื่องยังมีการเปลี่ยนแปลงด้วยพลัง

การตั้งค่าในระหว่างการดำเนินการ รูปแบบความร้อนของอาหารในระบบทําความร้อนไมโครเวฟ
กำหนดโดยไมโครเวฟและ propagations เรโซแนนซ์โหมด
ภายในไมโครเวฟ cavities . แต่ละโหมดมีคู่
ความถี่ในมัลติไมโครเวฟโพรงถาวร
มิติชนิดโหมดจะถูกกำหนดโดยไมโครเวฟ
ความถี่ การเปลี่ยนแปลงขนาดเล็กในความถี่ที่อาจส่งผลในประเภทของโหมดที่แตกต่างกัน
( dibben , 2001 ) ซึ่งสามารถนำไปสู่การคาดเดาไม่ได้ความร้อน
ลวดลาย ไมโครเวฟช่วยกระบวนการความร้อนอุตสาหกรรมที่ต้องการการยอมรับกฎระเบียบเพื่อความปลอดภัย

อาหาร เป็นอย่างสูงพึงประสงค์ที่ระบบให้ทาย และทำซ้ำ
รูปแบบความร้อนในอาหารแปรรูปให้
การตรวจสอบความถูกต้องของประวัติศาสตร์อุณหภูมิที่เย็นยะเยือก เป็น 915 MHz เดียว
โหมดไมโครเวฟความร้อนฆ่าเชื้อ ( เสื่อ ) ระบบ
ถูกพัฒนาขึ้นที่มหาวิทยาลัยวอชิงตันสเตต ( wsu ) กับ
เป้าหมายสูงสุดสำหรับการอุตสาหกรรม ( Tang et al . , 2006 ) .
เสื่อระบบขับเคลื่อนโดยสี่สูง ตรอน
เครื่องกำเนิดไฟฟ้า นับตั้งแต่ก่อตั้ง , เสื่อหลายกระบวนการ ทั้งในอาหารที่แตกต่างกัน
ถาดหรือกระเป๋าแข็งยืดหยุ่นขึ้น
โดย wsu ทีมวิจัยและยอมรับโดยสหรัฐอเมริกาอาหารและยา ( FDA )

หรือสหรัฐอเมริกากรมความปลอดภัยด้านอาหารการเกษตรและบริการตรวจสอบ ( USDA FSIS ) หลังจาก
การใช้ความถี่ของสี่ generators
เสื่อระบบมากกว่าหนึ่งปี ( 2009 – 2010 ) เราสังเกตเห็นการเปลี่ยนแปลง
ในความถี่สูงสุดของพวกเขา . แม้ว่าจะไม่มีการเปลี่ยนแปลงในความร้อน
รูปแบบพบในระหว่างการประมวลผลไมโครเวฟเป็น
ศึกษาอย่างเป็นระบบ ผลของการผ่าตัดสูงสุด
ความถี่ในการทำความร้อนด้วยไมโครเวฟอาหารและกำหนดความถี่ขอบเขตของการออกแบบระบบปัจจุบันโดยไม่ก่อให้เกิด
เปลี่ยนความร้อนแบบ ข้อมูลดังกล่าวเป็นสิ่งจำเป็น
คู่มือการพัฒนาในอนาคตของระบบการดำเนินงานและระบบการสอบเทียบ
ที่รับประกันการผลิตอุตสาหกรรมที่สอดคล้องกันของอาหารปลอดภัย
ใช้เสื่อระบบ คอมพิวเตอร์ที่ใช้ในนี้
การศึกษาระบบประเมินข้อ จำกัด สำหรับไมโครเวฟความถี่ปฏิบัติการ
กะจะไม่อาจเปลี่ยนรูปแบบความร้อน
ในระหว่างการประมวลผลความร้อนในระบบและการดำเนินงาน wsu เสื่อ
คู่มือในอนาคตและออกแบบระบบอุตสาหกรรมที่คล้ายกัน .
ระบบไมโครเวฟมีแบบใช้วิธีเชิงตัวเลขต่างๆ

รวมถึงสืบเนื่องจำกัดโดเมนเวลา( FDTD ) วิธีการ ( sundberg et al . , 1996 ; Chen et al . , 2008 ) และระเบียบวิธีไฟไนต์เอลิเมนต์
( โจว et al . , 1995 ; โรมาโน et al . , 2005 ; hossan
et al . , 2010 ) สมมติฐานทั่วไปของแบบจำลองเช่น
ถือว่าพลังงานไมโครเวฟคือส่งที่ความถี่คงที่
. ไม่มีการศึกษาถึงปริมาณผล
กะ ความถี่ของไมโครเวฟในรูปแบบความร้อนของอาหาร .
ดังนั้นการศึกษาครั้งนี้มีวัตถุประสงค์เพื่อประเมิน
ปัจจัยที่รับผิดชอบในการเปลี่ยนแปลงที่เป็นไปได้ในช่วงความถี่ของเครื่องไมโครเวฟ และศึกษา

เปลี่ยนขอบเขตของความถี่เพื่อให้แน่ใจว่าไม่มีการเปลี่ยนแปลงในรูปแบบความร้อนจะ
เกิดขึ้นระหว่างไมโครเวฟโดยใช้เสื่อและระบบที่คล้ายกัน
.
2 วัสดุและวิธีการ
2.1 .
ระบบเสื่อเสื่อระบบ การพัฒนาและติดตั้งที่ wsu ถูกใช้ในการศึกษานี้ (
resurreccion et al . , 2013 ) มันประกอบด้วยสี่ส่วน
เช่น ระบบความร้อน ความเย็นจัดในชุด
แทนสี่ลำดับการประมวลผล ขั้นตอน ในการดำเนินงานระบบแรงดันในขณะที่

น้ำหมุนเวียนในแต่ละส่วนได้ถูกกำหนดไว้ในอุณหภูมิที่แน่นอน มีกระเป๋าตาข่าย
สายพานที่ทำจากวัสดุอโลหะขยายจาก
เริ่มต้นของระบบส่วนปลายเย็นส่วน
สื่อถาดอาหารหรือกระเป๋าผ่านเสื่อระบบ .
การศึกษานี้เกี่ยวเนื่องกับรูปแบบความร้อน
ทั่วไปก่อนบรรจุอาหารในหมวดไมโครเวฟ
ของเสื่อระบบ ไมโครเวฟความร้อนส่วนประกอบด้วย
สี่เชื่อมต่อรูปสี่เหลี่ยม cavities . ฟันผุเป็นเป็นพิเศษ
ออกแบบมาเพื่อใช้งานในโหมดเดียว ( เช่น เพียงหนึ่งรูปแบบของการกระจายสนามแม่เหล็กไฟฟ้าในแต่ละโพรง
) (
Tang et al . , 2006 ) แต่ละช่อง ( รูปที่ 1 ) มี 2 หน้าต่าง ( ด้านบนและด้านล่าง )
ทำจากโพลิเมอร์ทนอุณหภูมิสูง . ไมโครเวฟ
ถูกโพรง ผ่านทางหน้าต่างที่เชื่อมต่อกัน
สอง applicators ไมโครเวฟ ฮอร์น เขาคือเรียว
รูปร่างกับกว้างสุดและแคบที่เชื่อมต่อกับหน้าต่าง
จบมีเดียวกันภายในมิติที่ตัดขวางของ
ท่อนำ wr975 มาตรฐาน ( 247.7 มิลลิเมตร โดย 123.8 มิลลิเมตร ) ไมโครเวฟ
ถูกกำกับจากเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเพื่อฮอร์น applicators
ผ่าน wr975 สี่เหลี่ยม waveguides ประกอบด้วยหก 90 
e-bend ท่อนำ ข้อศอก90  h-bend ท่อนำข้อศอกและ
Tee Junction ไมโครเวฟที่เกิดขึ้นเป็น bifurcated ที่ที
Junction ซึ่งสองส่วนเท่ากัน เผยแพร่ ไปด้านบน และด้านล่าง และการผสาน
เขาในโพรงโดยไม่เปลี่ยนเฟส ใน
เสื่อระบบ ช่อง 1 , 2 , 3 , และ 4 เชื่อมต่อกับเครื่องกำเนิดไฟฟ้า
1 , 2 , 3 และ 4 ตามลำดับ
2.2 . แบบจำลองสำหรับระบบ
เสื่อรูปทรงและขนาดของความร้อนจากไมโครเวฟ ส่วน
รวมทั้งความร้อนฟันผุและฮอร์น applicators , จัดตั้งขึ้น
ในคอมพิวเตอร์แบบ ( รูปที่ 2 ) ตั้งแต่
สถานที่เทียมสำหรับพอร์ตอินพุต ไมโครเวฟ สามารถวาดได้ทุกที่ภายในท่อนำคลื่น (
( ตราบเท่าที่มันขนานกับข้ามส่วนของท่อนำคลื่น
) , พอร์ตที่ตั้งไว้แค่ข้างบนและข้างล่าง
ปลายแคบของเขา ( รูปที่ 2A ) การเลือกที่ตั้งของ
ไมโครเวฟเข้าพอร์ต ให้มีการยกเว้นของ waveguides
การเชื่อมต่อ applicators กับไมโครเวฟ เครื่องกำเนิดไฟฟ้า ทำดังนั้น
สามารถลดขนาดของแบบจำลองและลด

พลังทรัพยากรการคำนวณ การตั้งค่าของแต่ละพอร์ตใช้เน็ตออก
พลังของแต่ละเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเครื่องกำเนิดไฟฟ้าออกพลังถูก
วัดโดย couplers ทิศทาง ( เทคโนโลยีไมโครเวฟไรท์
อิงค์ , มอนแทนา , NH 03060 ) ติดตั้งตาม waveguides ผ่าน
กลไกป้อนกลับโดยอัตโนมัติ อำนาจการตั้งค่าของ 4
ไมโครเวฟฟันผุเป็น 6.4 , 5.6 , 2.5 , 2.6 กิโลวัตต์ ตามลำดับ .
ในแบบจำลอง สุทธิสัญญาณแต่ละช่องคือ
กระจายตัวไป
2 พอร์ตการสืบเนื่องจำกัดโดเมนเวลา ( FDTD ) ใช้วิธีเชิงตัวเลขแก้คู่


ความร้อนสมการคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าและการถ่ายโอนระหว่างการประมวลผลของไมโครเวฟ การจำลองการทดลอง
โดยใช้ซอฟต์แวร์เชิงพาณิชย์ของ quickwave 7.5
64 บิต ( qwed , วอร์ซอ , โปแลนด์ ) ที่ขึ้นมานั้นขนาดเซลล์ในการศึกษา
4 , 4 และ 1 มม. x , y และ z ทิศทาง ( รูปที่ 2 ) ตามลำดับ มัน
ตามกฎทั่วไปของหัวแม่มือที่มิติเซลล์เดี่ยว