CC BY
50
Теплофизические свойства горького перца, высушенного СВЧ-конвективным способом при переменном теплоподводе
А. Н. Остриков, д.т.н., профессор, Р. В. Дорохин,
аспирант, Воронежский ГУИТ
Научное обоснование процесса сушки горького перца невозможно без знания его теплофизических характеристик (коэффициента температуропроводности а, м2/с, коэффициента теплопроводности X, Вт/(м • К), удельной теплоёмкости с, Дж/(кг • К).
При определении теплофизических характеристик использован метод нестационарного те-
плового режима, основанный на решении задачи теплопроводности для начальной стадии процесса, а именно метод двух температурно-временных точек, разработанный В.С. Волькенштейн [1].
Определение зависимости теплофизических характеристик горького перца проводилось на измерительной установке Cossfield RT-1394H (National Instruments) (рис. 1).
Методика проведения эксперимента включала следующие операции: помещение навески заданной массы (15 г) исследуемого горького перца в
9C
полусферическое углубление внешнего цилиндра установки; установка внутреннего цилиндра; включение термостата; регистрация установившейся среднеинтегральной температуры в слое нагревателя измерительного устройства; отключение нагревателя измерительного устройства; регистрация через заданный интервал времени Дт = 20 °С среднеинтегральной температуры нагревателя измерительного устройства; отключение привода внешнего цилиндра при достижении стационарной температуры; определение теплофизических характеристик исследуемого вида горького перца по экспериментальной информации с использованием расчётных соотношений, полученных в ходе решения обратной задачи теплопроводности с применением пакета программ Lab View 7.0 [2].
В процессе проведения эксперимента при определении плотности образцов горького перца заключается в том, что навеска заданной массы (15 г) исследуемого объекта помещается в полусферическое углубление внешнего цилиндра установки Cossfield RT-1394H (National Instruments), где определяется плотность исследуемого образца, удовлетворяющая условию:
(ст-Р'ТГ)2 ^min. (1)
Значения теплофизических характеристик образцов горького перца для диапазона температур 293—353 К приведены в таблице.
Температуропроводность ам (м2/с) горького перца определяется по уравнению:
(2)
м 4(z")x
где х — толщина образца горького перца, м;
Рис. 1 - Измерительная установка для определения теплофизических характеристик СозбїїєМ РТ-1394И
т!' — интеграл Гаусса, определяемый в зависимости от отношения т"/т'; т", т' — время изменения температуры в плоскости соприкосновения горького перца с эталоном, с [3].
Теплофизические характеристики образцов горького перца (X±Sx)
2
X
Интервал температур Ед. изм. Образцы перца
W ~ 88,02 % W ~ 9,17 %
исходная после сушки
Коэффициент температуропроводности (а), *108 м2/с
20 °С 6,81±0,04 6,47±0,04
40 °С 6,87±0,04 6,53±0,04
60 °С 6,94±0,04 6,58±0,02
80 °С 6,99±0,04 6,64±0,02
Коэффициент теплопроводности (X), Вт/(м-К)
20 °С 0,277±0,002 0,182±0,004
40 °С 0,282±0,002 0,186±0,002
60 °С 0,287±0,002 0,190±0,002
80 °С 0,290±0,002 0,194±0,004
Массовая удельная теплоёмкость (с), Дж/(кг-К)
20 °С 3778,15±0,05 2390,01±0,04
40 °С 3807,02±0,05 2422,52±0,04
60 °С 3838,31±0,05 2453,17±0,05
80 °С 3860,05±0,05 2487,02±0,05
Плотность (p) кг/м3 1076,4 1175,2
Теплопроводность Хм (Вт/(м • К)) горького перца определяется по эмпирической формуле:
3 3 1 - h I “м
3 -Лэ~—rJ— 1+h
(3)
где Хм, ам — теплопроводность и температуропроводность образца исследуемого горького перца;
Хэ, аэ — теплопроводность и температуропроводность эталона;
к — вспомогательная величина, определяемая по формуле:
г"
И =---;---------г-1 , (4)
t„ [1 - ®(z")]
где t" — температура в плоскости соприкосновения образца горького перца и эталона определяемая по полученной диаграмме, °С ^ — температура греющей поверхности, °С Ф(г') — функция Гаусса [4].
Удельная теплоёмкость горького перца сМ (Дж/(кг • К)) определяется по зависимости:
Рис. 2 - Зависимость коэффициента температуропроводности образцов горького перца от температуры при влажности W = 88,13% и W = 9,17%
Рис. 3 - Зависимость коэффициента теплопроводности образцов горького перца от температуры при влажности W = 88,13% и W = 9,17%
Рис. 4 - Зависимость удельной теплоёмкости образцов горького перца от температуры при влажности W = 88,13% и W = 9,17%
см Хм/(^мрм), (5)
где рм — плотность горького перца, кг/м3.
Управление ходом эксперимента и обработка измерительной информации осуществляется посредством виртуального прибора, разработанного в LabView 7.0. Опытные данные были обработаны на ЭВМ в среде Microsoft Exel, в результате были получены следующие уравнения (значения теплофизических характеристик горького перца для интервала температур 293—353 К): при W = 88,02%:
с = 1,8786 ■ T + 3654,3; R2 = 0,9997,
X = 0,0002 ■ T + 0,199; R2 = 0,9931,
a = 0,0032 ■ T + 4,915; R2 = 0,999
при W = 9,17 %: с = 1,7555 ■ T + 3392; R2 = 1,
X = 0,0002 ■ T + 0,191; R2 = 0,9931,
a = 0,0032 ■ T + 4,755; R2 = 0,999,
где R2 — коэффициент корреляции. Зависимости теплофизических характеристик образцов горького перца приведены на рисунках 2-4.
В результате обработки экспериментальных данных выявили, что зависимости теплофизических характеристик продукта от температуры носят линейный характер и с ростом температуры происходит увеличение теплофизических характеристик (удельная теплоёмкость, теплопроводность и коэффициент температуропроводности) исследуемых образцов горького перца. Литература
1. Гинзбург А.С., Громов М.А., Красовская Г.И. Теплофизические характеристики пищевых продуктов: справочник. М.: Агропромиздат, 1990. 287 с.
2. Вышелесский А.Н., Черенков А.И. Экспериментальное определение теплопроводности некоторых пищевых продуктов // Сборник научных трудов ВНИИТоргмаша. 1960. № 7. С. 97-110.
3. Гончарова Е.И., Тягунов В.М., Иванов А.Ю. Комплексное измерение теплофизических характеристик пищевых продуктов // Известия вузов СССР. Пищевая технология. 1977. № 2. С. 148-152.
4. Латышев В.П. Метод приближённого расчёта коэффициента теплопроводности некоторых пищевых продуктов // Холодильная промышленность. 1979. № 10. С. 38-41.
