Продолжительность замораживания
Расчетная работа №2
Исследование влияния параметров охлаждающей среды на процессы охлаждения и замораживания продуктов
Цель работы:Научить студента методике определения периода активного воздействия холодом (охлаждение и замораживание) на охлаждаемые продукты, пониманию физических процессов, происходящих при протекании этих процессов.
Исходные данные
Таблица 1 – Таблица исходных данных
| Наименование | Обозначение | Размерность | Величина |
| Толщина (диаметр) продукта | D | мм | |
| Начальная температура продукта | t | °С | |
| Температура охлаждающего воздуха | t | °С | |
| Скорость воздуха у поверхности продукта | 
| м/с | |
| Наименование продукта | - | - |
Общие положения
Конечный эффект холодильного консервирования продуктов обнаруживается, в основном (исключая процессы замораживания с целью проведения сублимации, измельчения, то есть процессы холодильной обработки без использования последующего размораживания), после их отепления или размораживания. В действительности, этот эффект зависит от совершенства процессов холодильной обработки. Нахождение рациональных, а в идеале оптимальных, режимов холодильной обработки того или иного продукта является одной из главных задач холодильной техники и технологии. Решение такой задачи требует, прежде всего, уточнения основного физического параметра, характеризующего режим холодильной обработки.
|
|
|
В настоящее время очень часто под таким параметром понимают скорость замораживания. Именно понятию скорости в холодильной технологии уделяется немалое внимание, как наиболее существенному показателю при теплофизической оценке процесса. Кроме того, интенсивности процесса или его скорости придают первостепенное значение как фактору, влияющему на качество процесса.
Состояние объекта в начале и в конце процесса наиболее полно характеризуется его среднеобъемной температурой. В качестве параметра, характеризующего сам процесс, можно использовать «период активного воздействия холодом».
Под периодом активного воздействия холодом ( 
) следует понимать продолжительность холодильной обработки объекта от начальной среднеобъемной температурой ( 
) до момента достижения конечной, заданной среднеобъемной температуры ( 
).
Параметр ( 
) определяет время, в течение которого объект холодильной обработки должен непосредственно находиться в охлаждающей среде до достижения заданной низкой температуры.
Продолжительность холодильного воздействия
Продолжительность холодильного воздействия 
состоит из двух слагаемых:
|
|
|
= 
+ 
;
- продолжительность охлаждения, т.е. периода времени, соответствующего достижению на поверхности продукта криоскопической температуры;
- продолжительность замораживания, т.е. период достижения заданной среднеобъемной температуры 
.
Вводим следующие условные обозначения (при этом индекс «1» будет относиться к незамерзшей, а индекс «2» - к твердой, замерзшей фазе):
- плотность продукта, кг/м3;
- теплота фазового перехода, Дж/кг;
- толщина замороженного слоя, м;
- расстояние от поверхности до термического центра, м;
- относительная толщина замороженного слоя;
- относительное начальное влагосодержание, доли единицы;
- удельная теплоемкость, Дж/(кг×К);
- коэффициент теплопроводности, Вт/(м×К);
- коэффициент теплоотдачи, Вт/(м2×К);
- теплообменный критерий Био;
- скорость воздуха у поверхности продукта, м/с;
- среднеобъемная температура продукта, °С;
- температура поверхности продукта, °С;
- температура в центре продукта, °С;
- температура точки среднеобъемной температуры продукта, °С;
- криоскопическая температура, °С;
- температура охлаждающей среды, °С
Продолжительность охлаждения
Продолжительность охлаждения , с, определяется по формуле А.Фикиина
|
|
|
, (1)
где 
- коэффициент формы продукта (для пластины 
= 1, для цилиндра = 1/2, для шара 
= 1/3);
- среднеобъемная температура продукта в момент времени, когда на его поверхности достигнута криоскопическая температура, т.е. когда закончен процесс охлаждения.
(2)
Для расчета числа Био необходимо вычислить значение коэффициента теплоотдачи 
, Вт/(м2×К), по уравнению:
, (3)
где 
- число Нуссельта;
- коэффициент теплопроводности воздуха, Вт/(м×К);
- определяющий размер для определения числа Нуссельта (длина поверхности продукта в направлении потока воздуха), м.
Число Нуссельта определяется из критериального уравнения
(для 
)
(для 
) (4)
где 
- число Рейнольдса.
, (5)
где 
- кинематическая вязкость воздуха, м2/с.
Значения 
, 
принимаются по приложению А при средней температуре охлаждающего воздуха, движущегося вдоль поверхности продукта.
Параметр 
, входящий в формулу (2) зависит от геометрии объекта. Для тел простейших форм его величину можно определить по формулам:
|
|
|
- для пластины 
; (6)
- для цилиндра 
; (7)
- для шара 
. (8)
Параметр 
- показатель степени функции распределения температуры по толщине объекта. В нестационарных процессах холодильной технологии он зависит от многих факторов и, в первую очередь, от теплофизических свойств тела, его размеров, а также от коэффициента теплоотдачи . Для технологических расчетов с достаточной точностью можно принять принимают 
=2 /2/.
Продолжительность замораживания
Продолжительность замораживания 
, с, определяется по формуле:
(9)
Относительную толщину замороженного слоя можно принять равной единице ( 
), что соответствует условиям замораживания в воздушных скороморозильных аппаратах.
Дата добавления: 2018-02-15; просмотров: 314; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!