航天溫控技術(shù)讓蔬果擁有超長保鮮期
近日，大連理工大學力學與航空航天學院(以下簡稱“力航學院”)“航宇助農(nóng)——航天溫控技術(shù)賦能冰溫冷庫引領(lǐng)者”項目亮相中國國際大學生創(chuàng)新大賽(2024)全國總決賽，并獲大賽金獎。這一項目以延長冷庫保鮮時間、助力果農(nóng)實現(xiàn)反季節(jié)銷售為落腳點，將流體力學和空氣動力學用于冷庫精準控溫，實現(xiàn)冷庫保鮮技術(shù)革新。該技術(shù)將蜜桃保鮮期延長30至60天，使其擁有超長“甜蜜期”。
1℃溫差決定蜜桃保質(zhì)期
團隊負責人夏博涵在本科階段參與研制遼寧省首顆衛(wèi)星——大連1號—連理衛(wèi)星，并參與了衛(wèi)星與貨運飛船對接聯(lián)調(diào)以及衛(wèi)星羽流分布情況的分析計算工作。
在這一過程中他發(fā)現(xiàn)，流體力學和空氣動力學知識不僅可以用于航天，也可以應(yīng)用于室內(nèi)流場智能分析與控制，從而對冷庫進行精準控溫，輔助冷庫設(shè)計。
在社會實踐時，團隊成員了解到，倉儲問題是我國農(nóng)業(yè)發(fā)展的一大難題。“在實地調(diào)研中，我們看到過大量農(nóng)產(chǎn)品因腐爛被賤賣的情況，這也讓我們下定決心用自己的力量幫助鄉(xiāng)親們。”夏博涵說。
目前，國內(nèi)多數(shù)冷庫能把溫度波動控制在1℃之內(nèi)，但實驗報告顯示，成熟的蜜桃在溫度波動1℃之內(nèi)的環(huán)境下存儲20至40天，腐爛率高達35%;而溫度波動在0.1℃之內(nèi)時，腐爛率只有8%。因此，縮小溫度波動范圍是行業(yè)共同努力的方向。
“冷庫對水果反季節(jié)銷售有關(guān)鍵作用，我們期望用所學知識幫助農(nóng)民致富。”團隊成員、力航學院2022級本科生王浩說。
為此，團隊調(diào)研了甘肅、遼寧等5省的冷庫。他們發(fā)現(xiàn)農(nóng)村大部分冷庫保鮮效果不佳，閑置率高達70%。“以秦安蜜桃為例，其存儲20天腐爛率已超30%，而反季節(jié)銷售至少需存儲2至3個月。因此我們聚焦于如何延長冷庫保鮮時間。”團隊成員、力航學院2022級本科生劉星彤介紹。
航天技術(shù)改造鄉(xiāng)村冷庫
在調(diào)研中，團隊發(fā)現(xiàn)閑置冷庫主要存在三大痛點：難以精準控溫、消殺機制不成熟、智能化程度低。針對這些問題，團隊創(chuàng)新性地將流體力學、空氣動力學、等離子體推進技術(shù)和開源鴻蒙實時操作系統(tǒng)應(yīng)用于冷庫改造升級，并制定了傳統(tǒng)冷庫的低成本改造方案：在原有冷庫的基礎(chǔ)上加裝新型冰溫噴口和等離子體滅菌箱，并結(jié)合自研MetaFoam計算平臺對冷庫進行智能運維。
針對溫控問題，團隊基于航天技術(shù)中的霍爾推力器緩沖腔和流場反演計算技術(shù)，研發(fā)了新型可伸縮冰溫噴口，再結(jié)合智能算法對噴口工作狀態(tài)進行精確計算和綜合調(diào)配。最終，他們成功將溫度波動控制在0.1℃之內(nèi)，并保證了冷庫內(nèi)各點溫度場均勻，還可定點精準控溫。
針對消殺問題，團隊基于等離子體推進技術(shù)開發(fā)出低溫等離子體滅菌箱，全面、精準消殺高抗致腐細菌，并引入電磁鎖鮮技術(shù)，保持生鮮鮮度。
針對冷庫智能化低、能耗高的問題，團隊自研自動控制終端，實現(xiàn)存儲效果可視化顯示，降低運維難度，同時增加了報警機制。“基于成熟的航天技術(shù)，冷庫擁有了航天級別的控制精度，并且改造成本也大幅降低。”團隊成員、力航學院2022級本科生袁珩軒說。
為驗證效果，團隊挨家挨戶探訪農(nóng)戶和街道辦。他們首先在甘肅省秦安縣進行智慧冷庫技術(shù)改造試點應(yīng)用。改造前，蜜桃在8—9月按每斤最高6元的價格售賣，收入為38萬元;改造后，蜜桃在冷庫中存儲3個月，在11—12月反季節(jié)以每斤15元的價格售出，增收至81.5萬元。隨后，團隊將這一模式推廣開來，改造冷庫超1800立方米。2023年，他們已幫助上百位農(nóng)戶和兩家企業(yè)實現(xiàn)增收。
目前，團隊已與多家企業(yè)達成合作意向，訂單金額預(yù)計超過百萬。
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