[发明专利]一种模拟固态发酵过程中温度场分布的方法

权利要求书

1.一种模拟固态发酵过程中温度场分布的方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1，确定发酵基质温度场分布的平面，包括轴向平面和径向平面，在所述温度场分布的平面中布置在线温度传感器，在轴向上从上部至下部布置温度传感器，径向上从左至右布置温度传感器；

步骤2，画出温度场的几何区域；

步骤3，使用FEM对PDE方程进行数值计算，包括剖分三角网格，离散方程和求方程的数值解；

步骤4，在MATLAB的PDE工具箱的界面上设定参数、边界条件以及初始条件；

步骤5，设定偏微分控制方程的类型；

步骤6，将SSF过程中的热量分析参数带入导热方程，计算发酵基质的热量，采用FEM求解偏微分控制方程，建立用于模拟发酵基质内二维、三维非稳态模型的温度场；具体包括：

(1)为了导出发酵醋醅中温度分布的偏微分控制方程，从中任取一个微元六面体dxdydz为点热源，根据傅里叶热传导定律计算推导，求得在δ_t时间内导入微元体内的热量dQ_λ如下：

其中，dQ_x、dQ_y和dQ_z分别为x、y和z方向上的微元体热量，k为导热系数；

(2)一定时间内微元体内热源产生的热量计算

首先假定微元体内部有热源，其强度为q^-B，则在δt时间内热源提供的热量应为：

dQ_sh＝q^-Bdxdydzδt 式4

(3)一定时间内微元体内若要温升所需的热量计算

假设在δt时间内微元体的温度由θ变为那么微元体所积蓄的热量为：

其中，C是发酵基质的比热；

则依据上面的叙述导出偏微分控制方程，根据能量守恒定律有：

dQλ+dQsh＝dQT 式6

将关系式3、4、5带入式6中且两边同除以dxdydzδt得到任意时刻发酵池中内部处处都应满足的偏微分控制方程：

2.根据权利要求1所述的一种模拟固态发酵过程中温度场分布的方法，其特征在于，步骤2的实现包括：利用PDE工具箱的GUI界面创建计算的几何区域，所述几何区域为矩形区域，确定计算的范围；或者利用Wgeom写出几何区域的说明文件。

3.根据权利要求1所述的一种模拟固态发酵过程中温度场分布的方法，其特征在于，步骤3中所述剖分三角网格的实现是利用initmesh和refinemesh函数创建初始三角形网格以及细化网格。

4.根据权利要求1所述的一种模拟固态发酵过程中温度场分布的方法，其特征在于，步骤4中所述的参数包括几何模型的尺寸信息以及物性参数，所述物性参数包括发酵基质的比热容C、导热系数k、密度ρ以及发酵热Q。

5.根据权利要求4所述的一种模拟固态发酵过程中温度场分布的方法，其特征在于，C＝1.56KJ/(kg·K)，k＝0.54W/(m K)，ρ＝364.2kg/m3，Q＝1562KJ/Kg。

6.根据权利要求1所述的一种模拟固态发酵过程中温度场分布的方法，其特征在于，步骤4中所述设定边界条件是利用MATLAB中的PDE工具箱中的命令函数进行定义，利用函数Wbound写边界条件的说明文件，利用函数pdesetbd完成边界条件的设定，利用Assema函数对发酵基质温度场的几何区域的边界条件进行组装。

7.根据权利要求6所述的一种模拟固态发酵过程中温度场分布的方法，其特征在于，所述边界条件为Dirichlet边界条件。

8.根据权利要求1所述的一种模拟固态发酵过程中温度场分布的方法，其特征在于，步骤5中所述偏微分控制方程的类型设为非线性椭圆方程。