CC BY
50
УДК 664.004
С. А. Ильина, В. М. Фокин Астраханский государственный технический университет
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА ТЕМПЕРАТУРОПРОВОДНОСТИ ОВОЩЕЙ (НА ОБРАЗЦАХ ЦИЛИНДРИЧЕСКОЙ ФОРМЫ)
Проблема определения теплофизических характеристик материалов и пищевых продуктов остается актуальной [1-5]. В предлагаемой работе сделана попытка оценить возможности использования упорядоченного теплового режима для определения коэффициента температуропроводности овощей.
Упорядоченный тепловой режим в сплошном цилиндре при его нагревании или охлаждении, как показано в [1], соблюдается при симметричных условиях теплообмена на его границе и не лимитируется параметрами и физическими переменными внешней среды. Для тел цилиндрической формы при измерении в опытах температуры в центре (ц и у поверхности сплошного цилиндра (п закономерность упорядоченного теплового режима в размерной форме имеет вид
Ф = 1п((ц - (п) - 1,46 | Лп / ((ц - (п) = -5,75 • (а -т/ Я2). (1)
При нагревании (охлаждении) сплошного цилиндра (испытываемого образца), температурный комплекс Ф вычисляется по формуле
Фп-ц = 1п(?д - о - 1,46 | <*п / ((п - (ц). (2)
Абсолютной оценкой регулярной части процесса нагревания в любом рассматриваемом сечении внутри сплошного цилиндра служит величина параметра
¥ = ((ц - (о) / ((п - (о), (3)
где (0 - начальная температура. Для образцов цилиндрической формы упо-
рядоченный тепловой режим наступает при ¥ = 0,4 и при любой интенсивности теплообмена на границах образца [1].
Используя (1)-(3) и их графические выражения, величину коэффициента температуропроводности определяют по результатам опытов по формуле
а = (Я*2 / 5,75) • АФ / Ат, (4)
где Я* — расстояние между термопарами, установленными на исследуемом
образце для измерения температуры у поверхности и внутри сплошного цилиндра.
Опыты по изложенной методике проведены авторами в различных условиях и на различных экспериментальных установках. Установка № 1 -вертикальный цилиндр с электрообогреваемой внутренней поверхностью и внешней тепловой изоляцией; № 2 - сушильный шкаф, 520 Вт, с макси-
мальной температурой 200 °С; № 3 - термостатированная емкость с водой (метод погружения); № 4 - термостатированная проточная (вода) емкость с использованием воды как нагревателя (по методу Волькенштейна). Результаты опытов и условия их проведения показаны на рис. 1-4.
Рис. 1. Изменение температуры в цилиндрическом образце из кормовой моркови на глубине (линия 1) и у поверхности (линия 2), Я = 30 мм, при одновременном непрерывном нагревании (от т = 0) воздуха в рабочем участке установки № 1 и образца - опыт А; опыт Б - нагревание образца из тыквы в установке № 2 при постоянной температуре воздуха 50 °С, Я = 32 мм
Рис. 2. Изменение температуры в цилиндрическом образце из тыквы на глубине (линия 1) и у поверхности (линия 2) при нагревании в воздухе, Я = 32 мм. Опыт А - температура воздуха постоянна, 50 °С, опыт Б - температура воздуха в интервале 0-70 мин увеличивалась от 50 до 80 °С. Установка № 2
Рис. 3. Изменение температуры в цилиндре из свеклы на глубине (штриховая линия) и у поверхности (сплошная линия), Я = 20 мм. Опыт А - нагревание при температуре 30 °С. Опыт Б - охлаждение в воздухе при температуре 18 °С. Установка № 3
Рис. 4. Изменение температуры в цилиндре из картофеля на глубине (штриховая линия) и у поверхности (сплошная линия), Я = 14 мм.
Опыт А - нагревание при температуре 30 °С.
Опыт Б - охлаждение в воздухе при температуре 18 °С. Установка № 3
Полученные значения коэффициента температуропроводности в целом соответствуют небольшому количеству данных, которые приводятся в [3] и обобщенным данным в [4] с определенной поправкой на величину коэффициента теплопроводности [5]. Это подтверждает возможность использования методики [1] для определения свойств пищевых продуктов, в частности овощей. Часть опытов проведена и результаты обработаны по методам двух температурно-временных интервалов и двух точек (рис. 5) [2].
Рис. 5. Изменение температуры в точках на глубине 6 мм от нагревателя (опыт 1) и на глубине 15 мм (опыт 2) в плоской пластине (5 = 21 мм) из тыквы при контактном нагревании нижней поверхности.
Температура поверхности нагревателя 40 °С. Установка № 4
Данные этих опытов подтверждают результаты, представленные на рис. 1-4.
Таким образом, метод позволяет за короткое время получать данные по коэффициенту температуропроводности и по методике [4, 5] экстраполировать эти данные на нужный интервал влажностей и температур продуктов.
СПИСОК ЛИТЕРА ТУРЫ
1. Бойков Г. П., Видин Ю. В., Фокин В. М. Определение теплофизических
свойств строительных материалов. - Красноярск: Изд-во КрГУ, 1992. - 172 с.
2. Волькенштейн В. С. Скоростной метод определения теплофизических характеристик материалов. - М.: Энергия, 1971. - 145 с.
3. Гинзбург А. С., Громов М. А. Теплофизические характеристики картофеля, овощей и плодов. - М.: Агропромиздат, 1987. - 272 с.
4. Ильина С. А. О теплофизических характеристиках пищевых продуктов // Энерго- и ресурсосбережение. Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии: Материалы Всерос. конф. - Екатеринбург: УлГТУ, 2005. - С. 274-276.
5. Thermal conductivity prediction for foodstuffs: effect of moisture content and temperature / Z. B. Maroulis, G. D. Saravacos, M. K. Krokida, N. M. Panagiotou // International Journal of food properties. - 2002. - N 5 (1). - P. 231-245.
Получено 29.12.05
METHOD OF EXPERIMENTAL DETERMINING COEFFICIENT OF THERMAL DIFFUSIVITY OF VEGETABLES (ON CYLINDRICAL SAMPLES)
S. A. Ilyina, V. M. Fokin
To determine the coefficient of thermal diffusivity of vegetables the method of ordered thermal regime has been brought. The results of these experiments have been given; carrots, beetroot, potatoes and pumpkin being taken as samples.
