Описание экспериментальной установки

 

Установка (рис.4) представляет собой лабораторный сушильный агрегат, в котором сушильным агентом является воздух, а материалом, подвергаемым сушке, служит ткань, смоченная водой. Холодный (комнатный) воздух поступает в нагреватель А, где он нагревается при постоянном давлении и влагосодержании. Затем нагретый воздух высушивает мокрую ткань, помещенную в сушильную камеру Б, а отработанный влажный воздух сбрасывается в атмосферу.

Состояние и параметры воздуха в разных точках установки контролируют термопарами, часть из которых – «мокрые» (спаи обмотаны влажной тканью).

 

 

Термопары 1, 2 измеряют температуры t_C и t_М исходного комнатного воздуха, термопара 3 – температуру t_C нагретого воздуха, термопары 5, 6 - температуры t_С и t_М увлажненного воздуха после сушильной камеры. С помощью переключателя. В термопары соединяются с цифровым милливольтметром Д, измеряющим термоЭДС любой из них (положение переключателя соответствует номеру термопары на схеме).

Порядок проведения эксперимента

 

1. Включить установку и вольтметр (выполняют лаборант или преподаватель).

2. Проверить наличие льда в термостате холодных спаев (при отсутствии льда в обработке результатов надо вводить поправку на температуру холодных спаев, см. указания к работе «Измерение температуры»).

3. С интервалом в 2 мин измерить термоЭДС термопар 1, 2, 3, 5, 6 (термопара 4 не используется) и занести в таблицу 1. С наступлением стационарного режима закончить измерения. Стационарный режим определяется по прекращению изменения значений термоЭДС во времени (в 3-х последовательных сериях измерений допускается отклонение от средней величины на 3%).

4. Выключить установку и милливольтметр.

Таблица 1

Результаты эксперимента

 

№ пп	Время, мин	е1	е2	е3	е5	е6
1	0
2	2...

 

Всего 10-15 серий измерений.

 

Обработка результатов эксперимента

1. Определить соответствующие величинам термоЭДС значения температур.

2. По значениям t_С и t_М (показания термопар 1 и 2) определить для исходного (комнатного) воздуха параметры:

d, d_max, I, t_P, φ, р_П, р_{П mах}, ρ_П

d_max и ρ_П  определяются по формулам.

3. Считая, что процесс нагрева идет при условии d=const, определить для нагретого воздуха те же параметры. Температура нагретого воздуха определяется термопарой 3.

4. По значениям t_С и t_М (термопары 5 и 6) определить те же параметры для отработанного увлажненного воздуха.

5. Для каждого состояния с помощью таблиц «Термодинамические свойства воды в состоянии насыщения» определить по значению t_С величину р_НАС сравнить с величиной р_{П mах}.

6. Результаты обработки занести в таблицу 2.

Таблица 2

Результаты обработки экспериментальных данных

 

Параметры влажного воздуха	Единицы измерения	Исходный воздух	Нагретый воздух	Увлажненный воздух
tC	°С
tМ	°С		-
d	г/кг
Н	кДж/кг
tP	°С
φ	%
рП	кПа
рП max	кПа
dmax	г/кг
ρП	кг/м^3
рнас	кПа

 

Контрольные вопросы

 

1. Из чего состоит влажный воздух? В каком состоянии находится пар во влажном воздухе?

3. Дать определение основных параметров влажного воздуха.

4. Какой линией изображается на диаграмме процесс нагрева и охлаждения влажного воздуха? Процесс его увлажнения в сушильной камере?

5. Зачем нагревают воздух перед подачей в сушильную камеру?

6. Показать на диаграмме основные линии.

ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ОХЛАЖДЕНИЯ ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТОВ

Цель работы: определение экспериментально-аналитическим путем продолжительности охлаждения продукта в зависимости от его теплофизических свойств, параметров охлаждающей среды, условий охлаждения, а также определение тепловой нагрузки на камерные приборы охлаждения.

 

Общие положения

Большинство пищевых продуктов при обычных температурах долго храниться не могут, т.е. является скоропортящимися. Под влиянием микроорганизмов и ферментов, а также условий внешней среды (воздуха, света и др.) в них происходят биохимические изменения, вследствие которых они портятся.

Существующие методы консервирования (действие высоких температур, копчение, маринование, соление, сушка и др.) по биологическим принципам отличаются друг от друга тем, что достигается различная степень отмирания микроорганизмов и инактивация ферментов, вызывающих нежелательные изменения в продуктах. Эти способы в той или иной степени изменяют внешний вид, цвет и вкусовые качества продуктов.

Холод почти не изменяет питательных и вкусовых качеств продуктов, их внешний вид, не разрушает содержащихся в них витаминов. Охлаждение является наиболее совершенным методом холодильного консервирования продуктов без изменения их структурного состояния.

Охлаждение - это процесс, при котором температура продукта понижается до температуры, близкой к криоскопической. Некоторые продукты (яйца, отдельные виды овощей и фруктов) охлаждают до температуры ниже их криоскопической на 1...3°С и хранят в переохлажденном состоянии. Конечная температура охлаждения продуктов лежит в пределах от 0 до +5^оС.

Наиболее распространено охлаждение продуктов в воздушной среде. Воздух - естественная охлаждающая среда, практически не оказывающая никакого неблагоприятного воздействия на обрабатываемые продукты.

Рассмотрение процессов теплообмена при охлаждении влагосодержащих материалов начинается с термограмм - графического изображения изменений температуры во времени t = ¦(τ).

Изменение температуры в объекте зависит от размеров, теплофизических свойств материала, температуры охлаждающей среды и коэффициента теплоотдачи. Как правило, термограммы снимаются для различных точек объекта (по его толщине). В анализе теплофизических процессов холодильной технологии и соответствующих тепловых расчетах очень нужной величиной является среднеобъёмная температура тела t_V, которая в нестационарных процессах меняется во времени в соответствии с изменением поля температур и зависимости теплофизических свойств тела от температуры.

Среднеобъёмной температурой тела, температурное поле которого непостоянно, называется температура, которая может быть достигнута, если объект поместить в адиабатные условия (отсутствие теплообмена с окружающей средой):

t_V = t_Ц - y(t_Ц – t_П),                              (1)

 

где t_Ц, t_П - температуры центра и поверхности объекта, соответственно;

y - коэффициент, определяемый формой тела.

Ниже приведены значения y для различных форм тела и условий охлаждения:

 

Форма тела	Охлаждение в воздухе	Охлаждение в жидкости
	y	y
Пластина	1/3	1/4
Цилиндр	1/2	2/5
Шар	3/5	1/2

 

Однако, использование уравнения (1) не всегда удобно, так как необходимо знать температуру поверхности объекта t_П , что соответствует граничным условиям первого рода. При граничных условиях третьего рода, когда известны температура среды t_С и коэффициент теплоотдачи a:

 

                               (2)

 

где - критерий Био, рассчитанный для теплофизических характеристик охлажденного продукта;

 - коэффициент, зависящий от метода охлаждения;

- половина определяющего размера продукта (м);

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

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

При воздушном охлаждении 3 ³ n ³ 1 (как правило, n = 2), при охлаждении в жидкости 4 ³ n ³ 1 (принять n = 3).

Можно определить координату точки, температура которой оказывается численно равной среднеобъемной температуре тела. Эту координату находят из зависимости:

.

Если считать, что n=2, то .                                         (3)

 

По методике экспериментального определения продолжительности охлаждения пищевых продуктов в воздухе определяют изменение во времени температуры продукта в центре и на его поверхности в процессе охлаждения, а также исследуют влияние на длительность охлаждения размеров продукта, формы, условий теплоотдачи на поверхности продукта и температуры воздуха.