Тема 1. Исследования и расчеты теплового состояния тел в холодильной технологии. Тепловые расчеты процесса охлаждения
В первой задаче необходимо определить температуру в термическом центре охлаждаемого продукта по истечении заданного отрезка времени холодильной технологии.
ЗАДАЧА № 1.
Расчет температуры в термическом центре охлаждаемого продукта.
Для выполнения расчетов выбираются исходные данные из таблицы 1. согласно шифру студента.
Алгоритм выполнения расчетов
1) Определяют температуропроводность продукта:
[м2/c] (1)
lохл - коэффициент теплопроводности продукта, Вт/м*К;
Сохл – теплоемкость продукта, кДж/кг*К;
g - плотность продукта, кг/м3 .
Значения l, С и gявляются табличными значениями и выбираются из Приложения А.
2) Рассчитывают критерий Био:
(2)
a - коэффициент теплоотдачи между продуктами и охлаждающей средой, Вт/м2*К, a» 210 Вт / м2 * К (для охлаждающей среды – воздух, для приближенных расчетов);
l – половина величины характерного размера (толщины, диаметра) продукта, м;
3) Рассчитывается критерий Фурье:
(3)
4) По номограммам в центре пластины шара или цилиндра находят значение величины безразмерной температуры (θц) с учетом конкретной физической модели: Biи F0.
Номограммы даны в ПриложенииБ (для пластины), Приложении В (для цилиндра) и Приложении Г (для шара).
5) Подставляя в выражение (4) tс, tн и qц:
(4)
определяют tк.ц.,
где tс – температура среды, 0С;
tн – начальная температура продукта, 0С.
Таблица 1 -Задания для задачи № 1
| Ц И Ф Р А Ш И Ф Р А | |||||||
| Предпоследняя | Последняя | ||||||
| Цифра | П р о д у к т | Продолжительность | Температура | Темпера- | Вид охлаж- | ||
| шифра | Вид | Физическая | Характерный | охлаждения, мин | продукта | тура среды | дающей |
| модель | размер, 2 l*, м2 | начальная, tн0С | tс, 0С | среды | |||
| Говядина | Пластина | 0,09 | Воздух | ||||
| Рыба | Цилиндр | 0,05 | Воздух | ||||
| Яблоко | Шар | 0,06 | Воздух | ||||
| Свинина | Пластина | 0,01 | Вода | ||||
| Помидор | Шар | 0,02 | Раствор СаСl2 | ||||
| Клубника | Шар | 0,03 | Воздух | ||||
| Морковь | Цилиндр | 0,04 | Воздух | ||||
| свинина | Цилиндр | 0,08 | Раствор СаСl2 | ||||
| Птица | Пластина | 0,04 | Вода | ||||
| Картофель | Пластина | 0,03 | Раствор СаСl2 |
Примечание: * - величина характерного размера (2 l) соответствует для пластины полной ее толщине, для цилиндра и сферы – диаметру. Допускается, что продукт не имеет упаковку независимо от свойств (вида) охлаждающей среды.
Тема 2. Исследования и расчеты теплового состояния тел в холодильной технологии. Тепловые расчеты процесса замораживания
Во второй задаче производится расчет продолжительности замораживания продукта до достижения в его термическом центре заданной конечной температуры.
ЗАДАЧА № 2.
Расчет продолжительности замораживания продукта.
Для выполнения расчетов выбираются исходные данные из таблицы2. согласно шифру студента.
Алгоритм выполнения расчетов
1) Определяется значение критерия Био:
(5)
l – половина характерного размера продукта, м
a - коэффициент теплоотдачи от продукта к охлаждающей среде,
Вт/м2* К, равен » 210 Вт / м2 * К,
lохл– коэффициент теплопроводности охлажденного продукта,
Вт/м*К (выбираются из Приложения А );
2) Рассчитывается безразмерная температура для режима охлаждения до момента достижения криоскопической температуры на поверхности продукта;
(6)
tкр –криоскопическая температура продукта, 0С (выбирается из
ПриложенияА для данного вида продукта);
tс – температура охлаждающей среды, 0С,
tн – начальная температура продукта, 0С.
3) По номограммам на поверхности для пластины шара или цилиндра для полученных расчетом Bi и qп определяется критерий F0охл . ( смотри ПриложениеБ, В, Г ).
4) Рассчитывается продолжительность процесса охлаждения:
[ч] (7)
а охл– коэффициент температуропроводности охлажденного продукта, м2/с, определяется по формуле:
(8)
где Сохл, γохл – удельная теплоемкость и плотность для данного продукта соответственно, выбираются из Приложения А.
5) По формуле Планка рассчитывают длительность процесса замораживания:
[ч] (9)
Аф – коэффициент формы (Аф = 1 для неограниченной пластины, Аф = 0,5 для цилиндра, Аф = 0,33 для шара);
qзам – удельная теплота замораживания продукта, определяемая по формуле:
[кДж/кг] (10)
W – влагосодержание продукта в долях единицы (выбирается из Приложения А;
r = 335 кДж/кг – удельная теплота замерзания 1 кг воды;
ω – количество вымороженной воды, определяемая по формуле:
(11)
tк.ср. берется по абсолютной величине, т.е. со знаком «+».
6) Рассчитывается критерий Био для замороженного продукта:
(12)
7) Определяется безразмерная температура в центре продукта по его абсолютной конечной величине заданной температуры
(13)
8) По номограммам в центре пластины, шара или цилиндра в зависимости от конкретной модели для найденных Biзам и qц, находят значение F0. (смотри ПриложенияБ, В, Г).
9) Рассчитывается продолжительность третьего периода процесса замораживания:
[ч] (14)
10) Определяется полная длительность процесса:
[ч] (15)
11) Рассчитывается количество теплоты, отведенное от продукта по формуле:
[кДж] (16)
Gпр – масса продукта, кг.
Таблица 2 -Задания для задачи № 2
| Ц и ф р а ш и ф р а | ||||||||
| Предпоследняя | Последняя | |||||||
| № цифрышифра | Вид | Физическая модель | Характерный размер, 2 l, м | Температура продукта конечная tк, 0C | Температура охлаждающей среды tс, 0С | Температура продукта начальная, tн, 0С | Вид охлаждающей среды | Масса продукта, Gпр, кг |
| Птица | Пластина | 0,04 | -18 | -32 | Азот | |||
| Говядина | Пластина | 0,04 | -10 | -25 | Воздух | |||
| Рыба | Пластина | 0,05 | -12 | -26 | Раствор | |||
| СаCl2 | ||||||||
| Яблоко | Шар | 0,06 | -21 | -28 | Воздух | |||
| Говядина | Цилиндр | 0,05 | -11 | -20 | Раствор | |||
| СаCl2 | ||||||||
| Помидор | Шар | 0,05 | -15 | -29 | Азот | |||
| Диоксид | ||||||||
| Клубника | Шар | 0,03 | -20 | -35 | углерода | |||
| СО2 | ||||||||
| Морковь | Цилиндр | 0,04 | -14 | -24 | Воздух | |||
| Свинина | Цилиндр | 0,06 | -17 | -22 | Воздух | |||
| Картофель | Пластина | 0,04 | -16 | -28 | Раствор | |||
| СаCl2 |