Free Student HQ / FSHQ / "Штаб-Квартира свободного Студента"

Конвективная теплоотдача / пищевая инженерия

Передача тепловой конвекции подразумевает перенос теплоты с одного места на другое посредством физического движения или потока жидкости. Когда поток рабочей жидкости целиком обусловлен разницей в ее плотности как результатом изменений температуры, такой перенос называется свободной конвекцией, а если поток жидкости обусловлен нагнетанием (действием насоса/вентилятора) или действием иного механического устройства, то перенос теплоты называют вынужденной конвекцией. Поскольку передача теплоты с помощью конвекции подразумевает изменения в потоке жидкости и тепловой энергии, они требуют внимательного и строгого научного анализа. Тем не менее, поскольку передача теплоты во многих технологических процессах очень важна, были созданы специальные эмпирические процедуры и модели для проектирования.

Конвективный перенос теплоты при стационарных условиях

В природе существует много примеров передачи теплоты при стационарных условиях. В подобных системах скорость теплового потока является постоянной и/или тепло передается в одном прямом направлении, так что передачу теплоты легко сравнивать с ее показателями при нестационарных условиях.

Конвективный перенос теплоты при нестационарных условиях

При нестационарных условиях передачи теплоты в замкнутых пространствах или в ограниченных объемах жидкости температура в разных точках со временем меняется. Скорость потока жидкости внутри замкнутого объема определяется характеристиками пищевого продукта, включая его вязкость. Большое влияние на скорость нагревания или охлаждения жидкости внутри контейнера играет скорость передачи теплоты от внешнего источника или к нему через стенки тары или контейнера. Важнейшим фактором для скорости передачи теплоты является толщина пограничного слоя между потоком жидкости и стенкой. Этот малоподвижный слой или зона переменной скорости потока оказывает существенное сопротивление теплообмену. Следовательно, в конвективных процессах переноса теплоты следует определять пленочный коэффициент между стенкой и жидкостью. При его расчете для различных жидких сред при разных физических условиях используются эмпирически полученные формулы. Нижеприведенное уравнение описывает скорость теплового потока через стенку по направлениям в или от контейнера:

dQ = α(T1 - T)dF
где α — общий коэффициент теплоотдачи.

При нагревании жидкостей в замкнутых или ограниченных объемах изменение в количестве тепла в жидкости на единицу времени является функцией массы жидкости (плотности р на объем V, удельной теплоемкости Cp и средней температуры Т. Предполагая идеальную термическую конвекцию внутри контейнера с продуктом, указанные переменные могут быть связаны следующим уравнением:

Решение задачи конвективной теплоотдачи при нестационарных условиях обычно получают, пользуясь законом Ньютона: изменение температуры в продукте рассчитывают, исходя из предположения, что поток тепла, направленный внутрь контейнера, поглощается его содержимым. Из уравнений 1 и 2 получим:

Отделив переменные и интегрируя по температуре и времени, получим:

Конвективное нагревание при этих идеальных условиях подразумевает в нулевой точке времени пошаговое изменение температуры теплоносителя и мгновенную поверхностную реакцию на новую температуру. При идеальных условиях отсутствуют градиенты температуры внутри нагреваемого тела, и эти условия встречаются только при его бесконечно малых объемах. В этом случае число Био (Biot) будет равно нулю.

В случае принудительно возбуждаемых систем (принудительная конвекция) тепловые характеристики в контейнере могут существенно отличаться от систем с натуральной конвекцией. По сравнению с идеальной системой тепловые характеристики принудительно возбуждаемых систем отличаются незначительно. Для контейнера с принудительным возбуждением уже разработаны модели потока на момент начала нагревания для практического использования. Все сопротивление передаче теплоты и результирующий температурный градиент сосредоточены в неподвижном слое продукта, прилегающем к стенке, а в массе продукта температурный градиент отсутствует. С другой стороны, в контейнере без принудительного возбуждения (в неподвижной среде) для установления той или иной модели потока жидкости, вызванного изменением температуры, требуется некоторый конечный период времени. В массе жидкости температурный градиент продолжает существовать даже после того, как установится модель потока. В подобных системах со свободной конвекцией движущая сила для потока жидкости уменьшается с уменьшением температурного градиента, и система постепенно достигает температуры теплоносителя. Такое явление вынуждает значение fh увеличиваться по мере увеличения времени нагрева, и, в свою очередь, это может привести к появлению отсекающего значения на кривой нагрева.

 

Друзья! FSHQ довольно молодой ресурс, мы группа создателей сайта имеем общее увлечение всей нашей жизни в лице этого проекта, мы пытаемся нести пользу людям. Мы не хотим, и не будем заваливать весь проект огромным количеством рекламы для того чтобы была финансовая возможность строить этот ресурс, потому мы решили обратиться к нашим читателям с просьбой поддержать наш проект, всего 5 рублей, большего не просим. Надеемся, что данная сумма не станет большой потерей для бюджета наших посетителей, эта помощь будет просто неоценима, для проекта это жизнь, а вместе с ним живем и работаем мы. Это очень важно для нас. Спасибо! VISA - 4276020013209090; WebMoney - R256677704329; Z164891118384;

 

Сайт создан в 2012 г. © Все права на материалы сайта принадлежат его автору!
Копирование любых материалов сайта возможно только с разрешения автора и при указании ссылки на первоисточник.
Яндекс.Метрика