Оборудование, приборы и материалы

При охлаждении образцов используют специализированную холодильную камеру. Стенд оснащается многоточечным автоматическим потенциометром градуировки ХК с пределами измерений -50…+50°С, либо милливольтметром, комплектом хромель-копелевых термопар.

В работе используются: секундомер, весы, исследуемые продукты (яблоко, картофель, морковь, маргарин в пачках и т.д.).

При вычислениях используют номограммы (приложение 3) для тел правильной геометрической формы, представляющие собой графическое изображение зависимости относительных температур продукта в центре и на его поверхности от критериев теплового подобия (чисел Био и Фурье).

Порядок проведения эксперимента

1. Подготовка стенда производится до начала занятий. Холодильную камеру выводят на заданный температурный режим, продукты выдерживают при постоянной температуре 20 – 25 оС достаточное время для равномерного распределения температур по объёму.

2. Образец взвесить и измерить его характерный размер.

3. Установить термопары в образце так, чтобы рабочий спай одной термопары находился в геометрическом центре образца, другой - под поверхностью. Для измерения среднеобъёмной температуры объекта третий спай термопары установить на расстоянии «х», вычисленной по формуле (3) от центра объекта.

4. Измерить температуру воздуха в холодильной камере. Поместить оснащенный термопарами образец в холодильную камеру.

5. Через 30 сек измерить значения температур в каждой точке образца, где помещены термопары. Температура измеряется с помощью микропроцессорного измерителя 2ТРМО, который сразу преобразовывает значение термоЭДС в температуру.

Измерения проводить через 30 сек до тех пор, пока температура в центре продукта не достигнет криоскопической.

6. Полученные данные занести в таблицу экспериментальных данных.

7. Скорость воздуха в камере измеряют при помощи ручного анемометра.

Таблица экспериментальных данных

Продукт	Масса	tC, оС	термоЭДС, мВ			tПРОДУКТА, оС			t, с
			1	2	3	tП	tХ	tЦ

Обработка результатов эксперимента

1. Определить продолжительность охлаждения продукта, пользуясь номограммами для тел правильной геометрической формы (пластины, цилиндра, шара), приведенными в приложении 3.

2. Теплофизические свойства некоторых пищевых продуктов приведены в приложении 4.

3. Определить значения безразмерной избыточной температуры:

,

где t_Н, t_К - температура либо в центре, либо на поверхности продукта в начале и конце охлаждения;

t_С - температура охлаждающей среды, ºС.

4. Каждой линии номограммы соответствует определенное значение критерия Bi, характеризующего соотношение внутреннего и внешнего термических сопротивлений переноса теплоты:

,

где a - коэффициент теплоотдачи от поверхности продукта к охлаждающей среде, Вт/(м²×К);

l_ПР - коэффициент теплопроводности продукта, Вт/(м×К).

При охлаждении продуктов воздухом и в жидких средах отвод тепла продуктов осуществляется, в основном, конвекцией: коэффициент теплоотдачи конвекцией определяют из уравнений, учитывающих зависимость a от скорости движения охлаждающей среды.

При охлаждении продуктов воздухом a можно определить ориентировочно по формуле Юргеса:

, (4)

или по формуле:

, (5)

где v - средняя скорость движения воздуха, м/с.

5. На пересечении линии, соответствующей безразмерной температуре θ и линии, соответствующей критерию Bi определяют критерий Фурье Fo.

Критерий Фурье характеризует безразмерное время

.

6. По найденному значению Fо определяют продолжительность охлаждения:

^, (6)

где t - продолжительность охлаждения, с;

- коэффициент температуропроводности продукта, м²/с;

- половина толщины пластины; радиус для цилиндра и шара, м.

Коэффициент температуропроводности продукта определяется по формуле:

. (7)

Используя в работе номограммы, можно определить продолжительность охлаждения при изменении критерия Фурье Fо в широком диапазоне.

7. Найденное экспериментальное значение продолжительности охлаждения сравнить с теоретическим. Для этого определить продолжительность охлаждения продуктов правильной геометрической формы пользуясь формулой А. Фикиина и И. Фикииной:

, (8)

где А_ф - эмпирический коэффициент, учитывающий форму продукта (А_ф =1 для пластины; А_ф = 0,5 для цилиндра; А_ф = 1/3 для шара).

8. Определить среднюю тепловую нагрузку на охлаждающие приборы, т.е. теплоприток от продукта, который определяется как среднее количество теплоты, отводимой в единицу времени:

, (9)

где Q_пр - теплоприток от продукта, кВт;

Q - количество тепла, отводимого от продукта при охлаждении, кДж;

t - продолжительность охлаждения, с.

Количество тепла, отводимого от продукта при охлаждении, определяется по формуле:

_, (10)

где G_ПР - масса продукта, кг;

с_ПР - удельная теплоемкость продукта, кДж/(кг·К);

t_VН, t_vk - соответственно, начальная и конечная среднеобъемная температура продукта, ^оС;

h_Н, h_K – соответственно, удельная энтальпия продукта при его начальной и конечной среднеобъёмной температуре. (Значения удельных энтальпий пищевых продуктов приведены в приложении 5).

Расчетную нагрузку на приборы охлаждения принимают на 30% выше средней, ввиду циклической подачи в них холодильного агента.

9. На основании полученных данных строятся температурные графики охлаждения, т.е. графики зависимости температуры на поверхности продукта t_П, в центре t_Ц , среднеобъемной t_V от времени охлаждения t = ¦(τ).

Контрольные вопросы

1. Что такое охлаждение пищевых продуктов?

2. Какие существуют способы охлаждения пищевых продуктов?

3. Как влияет температура, циркуляция воздуха, упаковка на процесс охлаждения?

4. Что характеризуют критерии Bi и Fo?

5. Как определить продолжительность процесса охлаждения?

6. Что такое криоскопическая температура?