- •1. Теория подобия и физическое моделирование процессов 6
- •Теория подобия и физическое моделирование процессов
- •Понятие о подобии физических явлений
- •Понятие об обобщённых безразмерных величинах
- •Первая теорема подобия
- •Вторая теорема подобия
- •Метод размерностей
- •Экспериментальное определение констант критериального уравнения
- •Третья теорема подобия
- •Моделирование и виды моделей
- •Процессы обработки пищи
- •Основные технические свойства пищевого сырья и продуктов
- •Процессы измельчения пищевых продуктов
- •Дробление
- •Резание
- •Резание пластинчатым ножом
- •Резание дисковым ножом
- •Процессы перемешивания пищевых продуктов
- •Перемешивание жидких и пластичных масс
- •Пенообразование и взбивание
- •Расчёт перемешивающих устройств
- •Процессы получения соков
- •Процессы обработки пищи сверхвысокочастотной энергией
- •Взаимодействие переменного электромагнитного поля с пищевыми продуктами
- •Свч печи
- •Параметры свч-нагрева
- •Оптимальная загрузка свч-печи
- •При доведении до температуры кулинарной готовности:
- •Тепловая обработка пищевых продуктов в свч-поле
- •Разогрев
- •Размораживание
- •(Масса 0,5 кг, мощность 2 кВт): 1 – судак; 2 – говядина тушеная; 3 – курица в белом соусе
- •Свч размораживатели
- •Свч сублиматоры
- •Процессы обработки пищевых продуктов и жидкостей
- •Выпечка
- •Уборочные процессы
- •Процессы удаления пыли и очистки изделий
- •Определение пыли.
- •Основные свойства пыли
- •Коагуляция пыли
- •Основные закономерности движения и осаждения пыли
- •Гравитационное осаждение
- •Осаждение под действием центробежной силы
- •Инерционное осаждение
- •Осаждение частиц пыли в электрическом поле
- •Фильтрация через пористые материалы
- •Мокрая очистка
- •Термофорез
- •Очистка изделий от пыли в быту
- •Механическая чистка изделий
- •Пневмомеханическая чистка изделий
- •Пневматическая чистка изделий
- •Процессы очистки газов, жидкостей и растворов
- •Процессы очистки газов
- •Процессы очистки жидкостей и растворов
- •Отстаивание и осаждение
- •Отстойное центрифугирование
- •Флотация
- •Фильтрование
- •Общая характеристика процесса
- •Гидравлическое сопротивление зернистого или пористого слоя при фильтровании
- •Фильтрование под действием перепада давлений
- •Фильтрование под действием центробежной силы
- •Ультрафильтрация и обратный осмос
- •Процессы кондиционирования помещений
- •И лучи тепловлажностных процессов
- •Процессы мойки бытовых изделий и посуды
- •Процессы облагораживания воздуха
- •Общие понятия о микроклимате
- •Вентилирование
- •Безразмерные характеристики различных типов вентиляторов
- •Электроотопление
- •Процессы химической чистки изделий
- •Обработка изделий струями жидкостей
- •Процессы обработки изделий из тканей
- •Процессы стирки
- •Моющий процесс при стирке
- •А) сферическая мицелла, б) пластинчатая мицелла
- •Динамика перемещения ткани во вращающемся барабане
- •Теория активаторного процесса стирки
- •Теория отжима белья
- •Процессы сушки изделий из тканей
- •Процессы фильтрации растворов
- •Теория фильтрования с образованием осадка
- •Теория фильтрования без образования осадка
- •Процессы влажно-тепловой обработки тканей
- •Процессы соединения тканей
- •Подача материалов в швейных машинах
- •Подача ниток в швейных машинах
- •Прокалывание материалов иглой
- •С материалом при прокалывании
- •Соединение ткани ниточным способом
- •Рабочие органы универсальной швейной машины
- •Процесс образования челночного стежка
- •Образование стежка на швейной машине с вращающимся челноком.
- •В зависимости от соотношения натяжения ветвей ниток
- •Процесс образования цепного (петельного) стежка
- •Образование однониточного цепного стежка на тамбурной машине с вращающимся петлителем.
- •(Римские цифры – положения отверстия)
- •Образование двухниточного петельного стежка на машине с колеблющимся крючком.
- •Расход мощности в процессе работы универсальной швейной машины
- •Процессы получения холода
- •Естественное и искусственное охлаждение
- •Влияние холода на пищевые продукты
- •Нахождения в замороженном состоянии :
- •Вспомогательные средства холодильного хранения продуктов
- •Термодинамические основы процессов трансформации тепла
- •Замораживание
- •Охлаждение
- •Домораживание
- •Способы получения низких температур
- •Расширение газов
- •Дросселирование
- •Эффект Пельтье и Ранка-Хильша
Процессы обработки пищи сверхвысокочастотной энергией
В последние годы широкое применение для бытового приготовления пищи нашли сверхвысокочастотные (микроволновые) печи, основанные на эффекте сверхвысокочастотного (СВЧ) нагрева. Их основные преимущества по сравнению с традиционными устройствами для тепловой обработки следующие:
1) высокая скорость обработки, превышающая обычную в 3-10 раз в режиме приготовления и в 20-60 раз в режиме размораживания продуктов;
2) безынерционность нагрева и возможность полной автоматизации процесса;
3) сильное бактерицидное действие СВЧ-энергии;
4) высокая пищевая ценность готовой продукции и сохранность витаминов;
5) улучшенные санитарно-гигиенические условия приготовления пищи.
Недостатком СВЧ-нагрева является отсутствие колера на поверхности обработанного продукта, ограничение в использовании металлической посуды для приготовления и необходимость строгого соблюдения условий безопасной эксплуатации печей с источником СВЧ-поля.
Микроволновое, или сверхвысокочастотное (СВЧ), излучение - это электромагнитные волны длиной от одного миллиметра до одного метра, которые используются не только в микроволновых печах, но и в радиолокации, радионавигации, системах спутникового телевидения, сотовой телефонии и т.д. Микроволны существуют в природе, их испускает Солнце.
Место микроволн на шкале электромагнитного излучения показано на Рис. 35.
Рис. 35. Шкала электромагнитного излучения
В бытовых микроволновых печах используются микроволны, частота которых составляет 2450 МГц. Такая частота установлена для микроволновых печей специальными международными соглашениями, чтобы не создавать помех работе радаров и иных устройств, использующих микроволны.
Зная, что электромагнитные волны распространяются со скоростью света , равной 300 000 км/с, нетрудно подсчитать, чему равна длина волны микроволнового излучения данной частоты:
.
Чтобы понять принцип работы микроволновой печи, нужно вспомнить еще один факт из школьного курса физики: волна представляет собой сочетание переменных полей - электрического и магнитного. Продукты, употребляемые нами в пищу, магнитными свойствами не обладают, поэтому о магнитном поле мы можем забыть. А вот изменения электрического поля, которые несет с собой волна, для нас очень кстати...
Взаимодействие переменного электромагнитного поля с пищевыми продуктами
В состав продуктов питания входят многие вещества: минеральные соли, жиры, сахар, вода. Чтобы нагреть пищу с помощью микроволн, необходимо присутствие в ней дипольных молекул, то есть таких, на одном конце которых имеется положительный электрический заряд, а на другом - отрицательный. К счастью, подобных молекул в пище предостаточно - это молекулы и жиров и сахаров, но главное, что диполем является молекула воды - самого распространенного в природе вещества.
Каждый кусочек овощей, мяса, рыбы, фруктов содержит миллионы дипольных молекул.
Рис. 36. Дипольные молекулы:
а - в отсутствие электрического поля;
б - в постоянном электрическом поле;
в - в переменном электрическом поле
В отсутствие электрического поля молекулы расположены хаотически (Рис. 36, а).
В электрическом поле они выстраиваются строго по направлению силовых линий поля, "плюсом" в одну сторону, "минусом" в другую. Стоит полю поменять направление на противоположное, как молекулы тут же переворачиваются на (Рис. 36, б).
А теперь вспомним, что частота микроволн 2450 Мгц. Один герц - это одно колебание в секунду, мегагерц - один миллион колебаний в секунду. За один период волны поле меняет свое направление дважды: был "плюс", стал "минус", и снова вернулся исходный «плюс». Значит, поле, в котором находятся наши молекулы, меняет полярность 4 900 000 000 раз в секунду! Под действием микроволнового излучения молекулы кувыркаются с бешеной частотой и в буквальном смысле трутся одна о другую при переворотах (Рис. 36, в). Выделяющееся при этом тепло и служит причиной разогрева пищи.
Продукты нагреваются под действием микроволн примерно так же, как нагреваются наши ладони, когда мы быстро трем их друг о друга. Сходство состоит и еще в одном: когда мы трем кожу одной руки о кожу другой, тепло проникает в глубь мышечной ткани. Так и микроволны: они работают только в относительно небольшом поверхностном слое пищи, не проникая внутрь глубже, чем на 1-3 см (Рис. 37). Поэтому нагрев продуктов происходит за счет двух физических механизмов - прогрева микроволнами поверхностного слоя и последующего проникновения тепла в глубину продукта за счет теплопроводности.
Рис. 37 Разогрев куска мяса
Отсюда сразу следует рекомендация: если нужно приготовить в микроволновке, например, большой кусок мяса, лучше не включать печь на полную мощность, а работать на средней мощности, но зато увеличить время пребывания куска в печи. Тогда тепло из наружного слоя успеет проникнуть в глубь мяса и хорошо пропечет внутреннюю часть куска, а снаружи кусок не подгорит.
Из тех же соображений жидкие продукты, например супы, лучше периодически помешивать, вынимая время от времени кастрюльку из печи. Этим вы поможете проникновению тепла в глубь емкости с супом.
Микрочастицы, образующие вещество, обладают электрическими зарядами, которые по характеру взаимодействия с внешним электромагнитным полем делятся на две группы. Заряды первой группы легко перемещаются под действием внешнего поля, образуя при этом ток проводимости. Их называют свободными. Заряды второй группы резко ограничены в возможности перемещения по ряду причин. Они только незначительно смещаются, что приводит к возникновению тока смещения. Их называют связанными. Нагрев, основанный на смещении свободных зарядов под воздействием переменного электромагнитного поля, называют индукционным, а на смещении связанных зарядов – диэлектрическим.
В диэлектриках свободных зарядов (электронов, ионов) теоретически нет. Все они связаны с ядрами и входят в атомы и молекулы веществ. В зависимости от распределения зарядов внутри молекулы диэлектрики подразделяются на неполярные и полярные. Молекула считается неполярной, если центры тяжести разноименных зарядов совпадают, и полярной, если они не совпадают (Рис. 38).
Рис. 38. Расположение зарядов в двухатомных молекулах с различной химической связью:
а – неполярной (ковалентная связь одинаковых атомов);
б – полярной (ковалентная связь различных атомов); в - ионной
Под воздействием внешнего магнитного поля полярная молекула (диполь) ориентируется в нем и поляризуется.
С точки зрения взаимодействия пищевых продуктов с электромагнитным полем такие их компоненты как белки, жиры, углеводы, вода следует отнести к неидеальным диэлектрикам, а водные растворы солей (электролиты) – к проводникам.
При взаимодействии электромагнитного поля с физической средой [11-13] в ней вследствие электрического сопротивления и вязкости возникают потери энергии: в первом случае – потери проводимости, во втором – диэлектрические. Связь между этими потерями выражается через тангенс угла потерь (угла между вектором диполя и вектором напряженности внешнего электрического поля): , где - фактор потерь (коэффициент поглощения); - диэлектрическая проницаемость материала (показатель запасенной энергии электрического поля). Так, при среда проводящая, при - среда полупроводящая, при – среда диэлектрическая. Для пищевых продуктов характерное значение .
Тепловая мощность, выделяющаяся в единице объема материала, находящегося в СВЧ-поле, составляет:
или с учетом, что ,
,
где – мощность генератора СВЧ-поля; - КПД генератора; – объем образца; - электрическая постоянная вакуума; – частота и напряженность электрического поля соответственно.