Теоретичні відомості. Розрахунки енергетичного, технологічного, холодильного

Розрахунки енергетичного, технологічного, холодильного, сушильного та іншого обладнання, в якому відбуваються теплові та масообмінні процеси, обов’язково пов’язані з обчисленням конвективного і променевого теплообміну, масопровідності і масовіддачі, з визначенням інтенсивності цих процесів. Індивідуальну особливість мають процеси перенесення теплоти та маси в сипких, волокнистих, капілярно-поруватих та інших матеріалах неоднорідних за структурою і вологістю. Без знання теплофізичних характеристик матеріалів та теплоносіїв ці розрахунки стають неможливими.

Визначення основних ТФХ лабільних продуктів базується на розв'язанні диференціального рівняння теплопровідності для температури t та густини теплового потоку на поверхнях плоского зразка в умовах регулярного режиму другого роду.

Для вологих поруватих матеріалів, крім наведених у розділі 1.2 механізмів перенесення енергії, теплота може переноситись разом із водою чи парою, тобто за рахунок масоперенесення:

(3.1)

де — густина потоку маси, кг/(м²с); — ентальпія води чи пари, Дж/кг.

Підсумовування за k значенням враховує переміщення маси за рахунок вологопровідності, тепловологопровідності тощо.

Теплоємність харчових продуктів с та сr може включати теплоту фазових перетворень жирів, коагуляції білків та інших процесів:

(3.2)

де - власна теплоємність; ― додаткові теплоємності за рахунок різних ефектів.

Тому для розрахунків теплофізичних процесів треба знати ефективні значення ТФХ, але під час їх визначення інтенсивність процесів тепломасоперенесення має бути такого ж порядку, що і у виробничих умовах. Таким вимогам задовольняє метод комплексного теплометричного визначення ТФХ [5].

У плоскому зразку забезпечують перенесення енергії лише вздовж осі X. Вважаючи його частиною необмеженої пластини завтовшки 2δ (рис. 3.1), на поверхнях якої маємо однакові постійні значення q_n і яка початково перебуває в умовах постійної температури t_o, маємо вихідні дані математичної моделі процесу перенесення:

диференціальне рівняння (3.3)

початкові та граничні умови другого роду, коли відомі значення q на поверхнях зразка:

(3.4)

Остання умова відбиває симетричність моделі. Загальні розв'язання рівнянь (3.3) ―(3.4):

(3.5) (3.6)

де ― характеристичне число, ; Fo ― число Фур'є,

Починаючи із деякого значення Fo, сумами рядів у рівняннях (3.5) та (3.6) можна нехтувати, так як інтенсивність перенесення вже не залежить від початкового розподілу температур, бо починається регулярний режим другого роду, коли в пластині є лінійний розподіл q та параболічний розподіл t (див. рис. 3.1) і швидкість зміни якої є однаковою в усіх точках пластини: . Тоді рівняння (3.5) та (3.6) значно спрощуються:

(3.7)

(3.8)

Розв'язуючи рівняння (3.7) і (3.8) для зразка завтовшки ℓ = х1 - х₂ (див. рис. 3.1) відносно значень λ та сρ, маємо:

(3.9)

(3.10)

Для вимірювання значень q ₁, q ₂ та t ₁, t ₂у контакт із обома поверхнями зразка 1 (рис. 3.2) приводять вимірювальні пластини 2, у центральні частини яких вмонтовані тепломіри З та три термопари 4. Тепломір ― це диференціальна гіпертермопара, що складається із константанового дроту 5 смужками вкритого гальванічним методом міддю 6 так, що спаї кожного термоелемента знаходяться по черзі на обох боках диска, утворюваного гіпербатареєю та заповнювачем, яким її заливають. Під час проходження теплового потоку густиною q крізь диск на поверхнях якого має місце різниця температур Δt відповідно до q=Δt/R, гіпертермопара виробляє ЕРС е_q, пропорційну цій різниці Δt.

Термічні опори захисного прошарку та частково самого тепломіра складають так званий баластний опір R _б, який треба враховувати під час обчислення величини λ зразка. Те саме стосується величини Р_б, пропорційної баластній теплоємності. Отже, розрахункові рівняння для значень λ та сρ мають такий вигляд:

(З.11)

(3.12)

Дата добавления: 2015-08-10