在食品和饮料加工企业中，生产线的原位清洗是保证系统正常运行，控制微生物水平，以确保产品的质量和安全性重要环节。原位清洗是食品加工过程中资源和能源消耗较为集中的环节，以乳制品加工为例，整个生产过程中原位清洗相关的用水量与能耗占比分别为28%和13%。高效的原位清洗工艺不仅可以减少系统停机维护时间，而且可以降低企业的环境成本（废弃化学药品的处置）。传统的原位清洗工艺通常使用大量的热水和酸/碱溶液冲洗生产系统，提高原位清洗效率的手段一般包括提高清洗液流速、增大化学药品浓度、热水温度、延长冲洗时间等。此外，为了保证产品品质，原位清洗流程普遍存在过渡清洗的情况，无效清洗时间可占到总清洗时间的 25%-43.6%，增加了额外的能耗。对于企业来讲，以上问题会增加了生产成本，降低了生产效率，是乳制品、食品饮料加等行业提高能效的卡脖子问题。

团队开发了一种管式涡旋流发生装置，它通过一个特殊的管道形状在流体中引发切向涡旋流作用于设备壁面，提高水力冲洗效果。CFD 仿真和实验验证表面，清洗水流经涡旋流管时，会在其后方产生涡旋效应。较常规管道，涡旋流管下游管壁上增加的平均壁面剪切力明显提高(53%-61%)，有效作用范围可达 80 到 100 倍管径。与此同时，涡旋流也给清洗流体引入湍流，从而增加壁面剪切力的波动率，这种波动率的增加也会抑制管壁结垢，增加原位清洗效果。在原位系统中合适位置安装涡旋流管道，可以抑制加工管路的管壁结垢，增强清洗液的湍动能和剪切力，实现更高效的在线清洗，从而缩短清洗时间，较少能耗和化学品消耗。针对原位清洗中普遍存在的过渡清洗问题，我们正在开发一种超声波检测技术结合机器学习方法对原位清洗过程实时监控并预测所需清洗时间的方法，从而降低无效清洗造成的停机时间和能源消耗。