在底部的流体微团，生化反应进行中产生的热使得其体积膨胀密度减小；伴随着产生的二氧化碳—部分以气泡形式向上升，另一部分溶入液体内，越是在底部的流体微团由于静压的影响溶解量也就越多。以上因素都使得底部的流体微团有一向上的作用力，使其反重力方向向上运动。而位于上部分靠近冷却夹套的流体微团,由于被冷却体积缩小密度增大，在重力作用下向下运动。当原来底部的液体微团到达上部以后，由于流体的连续性，在罐内壁上部的液体微团经冷却后向下运动时，就流向罐壁，然后随着前面向下运动的流体一起向下运动，并在运动中将增加的那部分热量交给冷却夹套中的致冷介质。
这时，流体微团是在重力作用下运动，有一定速度，若想使速度保持不变就需将运动过程中不断产生的生化热在下一冷却夹套中被带走。因此，那种认为在主发酵期, 温度的设定值从上往下逐渐升高以加强对流的说法毫无科学道理，恰恰相反那样做将是削弱对流。罐内液体在此期间形成了中间向上，四周向下的强烈对流，向上的推动力是浮力，向下的作用力是重力，在这两种力的作用下使流体产生上下循环流动。而在中间和外层之间，由于流体粘性力的作用会形成旋涡，使内外层热冷流动层之间的流体微团之间产生质量交换，热量也随着迁移，称为传质传热。所形成的这种大循环流动不仅能大大提高换热效率，且使罐内温度较为均匀，相当于机械搅拌的效果，这是锥形罐发酵最大的优点之一。
根据我们测试的数据表明：在主发酵期内，罐体内壁一米以内的温度不均匀性小于0.5℃。因此完全没有必要将温度计插入很深，那种在温度计插入深度上做文章是沒有科学根据的，温度计的插入深度只要达到外界温度变化不影响测量即可。那种又粗又长的温度计用在这里毫无道理，何况还不易清洗灭菌。一般用30厘米长的铂电阻就可以。按我个人的看法，温度计根本就不用伸入罐内，用表面温度计贴紧在罐外壁上，同样可以用来控制通过由致冷介质带走的热量，但必须对整支温度计采取严密的绝热措施，测量导线也需進行防止热量传入到感温部分的措施。由于这时罐内壁己无他物，清洗灭菌非常方便且效果好，对提高啤酒品质大有好处。当然，做到完全绝热或者说外界温度变化对温度测量毫无影响是不可能的，但是若我们事先考虑到这一影响，并加以修正还是完全可行的。这种控制方式不仅在国外，而且在国内己经被采用，如在北京燕京啤酒的部分发酵罐就是采用的表面温度计。
在主酵期的温度控制—般都问题不大，比较好控制。在降温阶段也不存在太大的问题，只要很好地控制降温速率，逐步地减缓对流强度以利于酵母沉降。大量酵母排出以后再继续降温，这时问题就出现了。由于此时大量酵母己经排出，留下来的酵母的生物活性由于温度降低而降低，所产生的生化热也随之减少，对流速度大大减缓，但是在温度高于酒液的密度最大点3℃的情况下，罐内酒液的流动仍然是中间往上，四周往下。再继续降温到密度最大奌3℃时，在罐壁内侧的流体微团的体积己缩到最小，若再进一步降温时流体微团的体积反而增大即密度减小，产生一向上的浮力来滞止向下的流动，进而改变方向向上运动，当流体微团离开冷带以后，由于自热和外界热量传入,温度上升密度又变大，运动又被滞止且改变方向向下，产生局部环流，这样在罐内就形成不了整体大环流，产生较大的温度梯度。产生这一现象的原因固然是由于水的特性所引起，但是与温度控制方案也有关系。
当流体流动方向改变时，用以控制温度的温度计的位置也应随之转换，使其仍然处在换热器的出口。换句话说，在温度高于密度最大时，流体是向下流经冷带，温度计应放置在冷带下方；当低于密度最大点后，流体是向上流经冷带，温度计应放置在冷带的上方。这样才能控制由致冷介质带走的热量，否则当流动方向改变而温度计位置依旧，就相当于在换热器的進口插支温度计，显然根本就无法控制温度，不仅仅形成不了大循环，而且最上层还很容易结冰。
为了解决这个问题，有人提出了不少办法：提前刹车、模糊控制、专家系统等等，不能说不行，只能说是未能抓住其本质。若温度计位置依旧在冷带下方，相当于酒液从换热器出口流出后在外面转了一圈后再回到换热器进时才知道酒液的温度，这样不仅仅在时间上滞后，而且在外面转一圈的换热情况将受许多因素的影响，因此，这不是一种很科学的办法，科学的办法就是根据控制温度就是控制可控传热渠道交换热量的基本概念，在流动方向改变时应及时地变更温度检测奌的位置，应当舍弃原来位于冷带下方的温度计，而用位于冷带上方的温度计作为控制温度的检测温度计。这时控制的主要是锥底部分的冷带，有时还需控制圆柱部分体下面的冷带，最上面即位于液面附近的温度计仅作为监视不起控制作用。
当然，若罐的直径过大，或罐的保温效果欠佳，也会形成较大的温度梯度，此时可用罐底二氧化碳吹气的办法增强内部热交换，使罐内温度趋向均匀。
五，评价温度控制系统的几点看法
温度控制系统一般都采用闭环控制，即由传感部分从控制对象采集被控参数信号，传至调节器与设定值比较，根据比较结果调节器输出控制信号给执行机构，调节控制对象的被控参数。控制对象是闭环中很重要的一环，以上讨论的问题大部分都与此有关，不要以为我们有了温度计、调节器和执行机构，就能使温度控制稳定且均匀。首先必须对控制对象的热结构有一科学的分析，正确地选用温度计并确定其安装位置，否则就可能产生温度来回波动和较大的温度梯度。因此，在评价一温度控制系统时，首先要看控制方案中的热结构分析，这是前提和基础。
其次,在工业生产中, 可靠性始终是放在第一位的，无论是机械的还是电子的，在满足功能的情况下，越简单，中间环节越少可靠性就越高。就整个温度控制系统而言，最重要的是传感部分和执行机构，这两部分的故障率据美国著名的霍尼威尔公司统计：传统的控制系统有近80％的故障是由传感部分和执行机构的故障而产生，而其中传感部分占45％。因此，提高可靠性的重点是传感和执行两部分，而不是其他。这—奌往往容易被忽视，尤其是对从事计算机工作的人员，他们的注意力往往放在计算机的软硬件上，而忽视了其他控制环节。在我国刚推广使用计算机控温时，经常出故障，有人就认为用计算机控温不行，实际上不是计算机的问题，而是其他环节的问题。
再谈一下“先进性”问题，在市场经济情况下，只有有经济回报或称为有价值回报的“先进性”，那种无价值回报的所谓“先进性”毫无意义。一个系统并不是因为你采用了某项新技术或新组件，整个控制系统就先进。整个系统的先进性，应当从整个控制环节来全面评价，且并非一成不变，应该根据实际情况而改变。何况到底是否先进应由用户，用实际的经济指标来说话。
以上是本人对一些问题的看法，试图用科学的基本概念来澄清一些误解，用科学的分析方法来分析存在的一些问题，不当之处请批评指正，谢谢！
作者/张国权 中国计量科学研究院
来源:中国酿酒、饮料机械专业网
